[发明专利]一种复合管/排管及复合板的搅拌摩擦硬钎焊制备方法

说明书

本发明公开了一种复合管/排管及复合板的搅拌摩擦硬钎焊制备方法：采用方管作内管，两个槽状预成形件作为形成外管的材料；内外管间预置钎料；由无针工具的搅拌摩擦钎焊实现槽底平面/成品方管平面搭接界面的焊接，由带针工具的搅拌摩擦钎焊同时实现槽翼侧平面/成品方管平面搭接界面以及槽翼/槽翼对接界面的焊接，从而通过在方管侧面焊接形成复合板获得复合方管；将多根复合方管用搅拌摩擦钎焊或氩弧焊实现焊合，即得到复合排管。本发明利用搅拌摩擦诱发的铝热反应提高搭接界面焊接温度，保证含Si铝基硬钎料顺利熔化同时，兼顾实现机械与冶金双重机制去膜、抑制金属间化合物过度增厚并抑制热应力。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦钎焊的应用，具体涉及一种复合管/排管及复合板的搅拌摩擦硬钎焊制备方法。

背景技术

搅拌摩擦钎焊(Friction Stir Brazing：FSB)技术是为解决搅拌摩擦搭接焊(Friction Stir Lap Welding：FSLW)存在的焊幅狭窄(仅为搅拌针的直径)、搅拌区界面存在钩型缺陷(下板原始表面易竖向延伸进入上板母材或水平延伸进入搅拌核区内导致上板有效承载厚度减薄)、搅拌区内部竖向混合困难、匙孔及工具磨损等问题，而于2012年提出的钎焊技术(Zhang Guifeng,et al.Friction stir brazing:A novel process forfabricating Al/steel layered composite and for dissimilar joining of Al tosteel.Metallurgical and Materials Transactions A,2011,42(9):2850-2861)。FSB的技术要点为：1)采用无针工具；2)预置能使母材发生显著溶解的钎料。其中，采用“无针”工具的目的是为了消除匙孔、免用导出板、消除搅拌区周边的钩型缺陷，以及消除搅拌针尖端被坚硬下板恶性磨损与断针；引入能与母材发生共晶反应的钎料的目的在于弥补采用无针工具导致的搅拌针的机械去膜能力的丧失，即通过母材/钎料之间的共晶反应或钎料对母材的显著溶解，使母材表层液化，进而利用轴肩的挤压作用挤出共晶液相、带出氧化膜，以此代替塑性流动实现界面去膜，并大幅拓宽焊幅至轴肩直径，从而解决了搅拌摩擦搭接焊存在的搅拌区内上/下混合困难、焊幅狭窄的问题。相比传统炉中钎焊，FSB具有强机械去膜能力，可改善润湿性，能在大气环境下施焊。

FSB继承了FSW以表面摩擦热为热源以及轴肩力学作用(挤压与扭转)的优点，尤其是可借助旋转轴肩的力学作用通过下述多种机制强化界面冶金反应与去膜：(1)先期机械扭转破膜为共晶反应建立了众多微通道；(2)机械扭转可强化共晶反应及共晶液相流动，驱使氧化膜移开原始位置；(3)轴肩后期挤出共晶液相带走氧化膜碎屑。因此，FSB界面去膜效果优于FSLW(FSW只能单一依赖塑性流动，虽可破碎氧化膜但难以清除出界面)，去膜范围可大幅拓宽至接近轴肩直径，即使在大气环境下施焊(可免用保护气体与钎剂)，也能保证优良且宽范围的界面润湿性。FSB常用搅拌工具的直径范围为30±10mm；若主轴电机功率与进给电机功率允许可采用直径为60±20mm，以便进一步提高效率，强化扭转去膜。

传统爆炸复合技术因爆炸冲击力、加工硬化、存在边缘效应等原因，不适于薄件、窄幅小件的复合，尤其不适于制备尺寸较小的复合管；轧制复合需加热并伴有大塑性变形，不适合于空心复合管的制备(空心管材的承压能力有限)。