[发明专利]一种提高铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头强韧性的方法

说明书

本发明提供了一种提高铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头强韧性的方法，属于铝合金焊接技术领域。该方法包括：选取一块铝合金板作为目标铝合金板，在目标铝合金板的搭接区域中心预加工一环形槽或沟槽，并在环形槽或沟槽中加入预设质量的石墨烯，预加工的环形槽的尺寸或沟槽的尺寸与点焊工具相匹配，环形槽的容积或沟槽的容积与石墨烯的体积相匹配；将另一块铝合金板放在目标铝合金板的下方；将目标铝合金板表面的环形槽或沟槽朝向点焊工具，并与点焊工具对齐，然后进行焊接。本方法利用搅拌摩擦加工过程中强烈的塑性流动来使石墨烯获得均匀的分散，从而强化以及韧化接头内部的薄弱区域，从而获得力学性能优异的搅拌摩擦点焊接头。

技术领域

本发明属于铝合金焊接技术领域，具体涉及一种提高铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头强韧性的方法。

背景技术

回填式搅拌摩擦点焊(Refill friction stir spot welding，RFSSW)是一种固态连接技术，通过搅拌工具的快速旋转产生大量的热以及强烈的塑性变形来使焊接材料局部塑性化。因此这项技术适用于轻金属的连接，如铝合金，镁合金或钛合金。由于该焊接过程不涉及材料的熔化及凝固，因此可以避免传统电阻点焊所带来的凝固缺陷。目前，出于轻量化设计的考虑，铝合金回填式搅拌摩擦点焊技术已经在航空航天和汽车领域得到了广泛的应用。然而，对于回填式搅拌摩擦点焊接头来说，其接头内部钩形缺陷的存在对接头强度具有较大的负面影响。钩形缺陷是由于搅拌工具在抽出时，搅拌工具边缘的两板界面随之向上流动造成的，该缺陷使得接头的完整性大大降低，搭接接头的强度和韧性将显著降低。

改善搅拌摩擦点焊接头中的钩形缺陷可以有效提高点焊接头的力学性能。徐荣正等人提出了一种改善搅拌摩擦搭接接头钩状缺陷的焊接装置及方法(中国专利申请公布号：CN 108838510 A)，通过改进搅拌头以及搅拌电机来减小钩形缺陷。马琳等人提出了在焊接两板之间预置金属中间层，并在焊接过程中施加超声辅助(中国专利申请公布号：CN108296624 A)，通过增加有效接头结合面积，来提升接头总体拉伸强度。

综上所述，现有的改善钩形缺陷的方法主要通过改进搅拌工具以及焊接参数来提升材料流动性，从而减小钩形缺陷，但是操作比较繁杂。

发明内容

本发明提供了一种提高铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头强韧性的方法，以提高回填式搅拌摩擦点焊接头的强度和韧性。

为实现上述目的，本发明提供了一种提高铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头强韧性的方法，利用回填式搅拌摩擦点焊工具对两块铝合金板进行焊接，所述方法包括：

选取一块铝合金板作为目标铝合金板，在所述目标铝合金板的搭接区域中心预加工一环形槽或沟槽，并在所述环形槽或所述沟槽中加入预设质量的石墨烯，其中，所述搭接区域是指焊接时，所述点焊工具与所述目标铝合金板的接触区域；所述环形槽的尺寸或所述沟槽的尺寸与所述点焊工具相匹配；所述环形槽的容积或所述沟槽的容积与所述石墨烯的体积相匹配；

将另一块铝合金板放在所述目标铝合金板的下方；将所述目标铝合金板表面的环形槽或沟槽朝向所述点焊工具，并与所述点焊工具对齐，然后利用所述点焊工具对所述两块铝合金板进行焊接。

可选的，所述点焊工具包括搅拌针、套筒和轴肩，所述套筒的焊接端面和所述轴肩的焊接端面为圆环形；

所述目标铝合金板的搭接区域中心预加工的槽为环形槽，并且所述环形槽的外径小于或等于所述套筒的外径，所述环形槽的内径大于或等于所述搅拌针的直径。

可选的，所述在所述环形槽中加入预设质量的石墨烯，具体包括：

将石墨烯分散在可挥发溶液中，然后将混有石墨烯的溶液加入到所述环形槽中。

可选的，所述可挥发溶液为乙醇溶液。

可选的，所述混有石墨烯的溶液中石墨烯的质量浓度为0.002-0.01g/mL。