[发明专利]一种铝棒与外锥形端面钢棒连续驱动摩擦焊接方法

说明书

本发明公开了一种铝棒与外锥形端面钢棒连续驱动摩擦焊接方法，用于提高铝棒与钢棒的结合强度，属于焊接技术领域，该方法包括以下步骤：(1)将待焊接的铝棒端面进行切铣，使端面光滑，将待焊接的钢棒端面做成具有θ角的锥面，并使端面光滑；(2)清洗铝棒与钢棒的待焊端面，将铝棒和钢棒分别用旋转夹具和移动夹具固定，并保证铝棒与钢棒处于同一轴线上；(3)打开冷却系统，开启焊接，焊接完成后，经冷却后将焊件取下；本发明通过将钢棒的一端设计成锥面来减少金属间化合物的生成，改善接头的力学性能，并改善界面温度的不均匀性，提高结合强度。

技术领域

一种铝棒与外锥形端面钢棒连续驱动摩擦焊接方法，属于焊接技术领域，尤其涉及铝棒与钢棒的摩擦焊接。

背景技术

铝/钢复合结构兼具铝的比强高、导电导热性好、耐腐蚀性好和钢的高强度、抗蠕变性能良好等优点，可满足众多特殊使用要求；然而不论是使用熔化焊、熔钎焊还是固相连接方法来焊接铝钢异种金属，脆硬的Fe-Al金属间化合物的形成都是不可避免的。连续驱动摩擦焊作为一种高质、高效、环保的固相焊方法，在焊接异种金属时能够有效地减少金属间化合物的生成，具有显著优势。

但是，固相连接方法在焊接异种材料时也存在一些缺陷：

第一、由于Fe与Al的固溶度极低，当铝跟钢进行摩擦焊接时，在界面处仍然会出现Fe-Al金属间化合物，其生成量过多则会严重降低接头力学性能，所以铝/钢接头需要摩擦热量供给必须严格控制，当焊接热量不足时会引起界面温度过低，铝侧无法达到热塑性状态，铝/钢之间的扩散很难进行，而热量过多容易形成大量的脆性化合物层，使接头发生脆性断裂，降低接头性能。

第二、由于摩擦扭矩径向方向分布不同，导致摩擦加热功率分布不均，对于圆棒状试件来说外侧加热功率要大于内部，这是因为在初始摩擦阶段和不稳定摩擦阶段的前期，摩擦表面还没有全面产生塑性变形，此时主要是弹性接触，摩擦压力在中心高，外圆低，因此沿摩擦焊接表面半径R的摩擦加热功率最大值不在外圆，在距圆心2/3R左右的地方；而在稳定摩擦阶段，摩擦表面全部产生塑性变形，由高温金属组成的高速塑性变形层热源，在距圆心1/2～1/3R处形成环状加热带，随着摩擦加热的进行，环状加热带向圆心和外圆迅速展开，但此时外圆温度可能过高，导致金属间化合物层过厚和界面温度分布不均匀。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种铝棒与外锥形端面钢棒连续驱动摩擦焊接方法，通过将钢棒的一端设计成锥面来减少金属间化合物的生成，改善接头的力学性能，并改善界面温度的不均匀性，提高结合强度。

本发明采用的技术方案如下：

为实现上述目的，本发明提供一种铝棒与外锥形端面钢棒连续驱动摩擦焊接方法，包括以下步骤：

(1)将待焊接的铝棒端面进行切铣，使端面光滑，将待焊接的钢棒端面做成具有θ角的锥面，并使端面光滑：

(2)清洗铝棒与钢棒的待焊端面，将铝棒和钢棒分别用旋转夹具和移动夹具固定，并保证铝棒与钢棒处于同一轴线上；

(3)打开冷却系统，开启焊接，焊接完成后，经冷却后将焊件取下。

作为优选，所述步骤(1)中锥面θ角的取值范围为120～180°。

作为优选，所述步骤(2)中，清洗待焊端面是采用无水乙醇和丙酮来清洗铝棒与钢棒的待焊端面。

作为优选，所述步骤(3)中，焊接过程包含摩擦加热和顶锻两部分。

作为优选，所述步骤(3)中，焊接过程的工艺参数为：主电机转速800～1500r/min、摩擦压力20～80Mpa、摩擦时间0～2s、顶锻压力30～100Mpa、顶锻时间0～3s。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：