[发明专利]一种镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置及焊接方法

说明书

本发明提供一种镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置及焊接方法，包括：滚轮壳体、设置于所述滚轮壳体中的滚动轴、设置于所述滚轮壳体和所述滚动轴之间的轴承、设置于所述滚轮壳体两端的固定端盖以及设置于所述滚动轴两端的连接支架；所述连接支架对称设置，连接支架包括与所述滚动轴相连的连接板以及与所述连接板一端相连的半圆环板，所述连接支架的半圆环板相互收拢形成用于与搅拌摩擦焊机机头抱接的卡环。该装置用于安装至搅拌摩擦焊机机头上，在进行搅拌摩擦焊时，持续将待焊接对接表面压紧和压实，确保长直焊缝的焊接质量，提升焊缝区的耐腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置及焊接方法。

背景技术

镁合金因良好的阻尼减震吸冲和电磁屏蔽性能，较小的密度和高的比强度，被视为铝合金最具潜力的替代材料而被广泛应用在汽车、轨道交通等运输工具，以实现轻量化设计来提升运输能力和节能减排。镁合金传统连接方式主要为铆接和熔焊。采用铆接连接时，除了开孔增加制造成本和铆钉自重增加重量之外，铆接接头密封性较差，接头强度较低。采用熔焊连接时，极易在焊缝区形成低熔点共晶体、焊缝夹杂物、热裂纹、气孔和变形等问题，导致焊接接头力学性能和耐腐蚀性能急剧下降。为了解决镁合金铆接和熔焊存在的连接缺陷，搅拌摩擦焊接技术得到迅速发展并应用于镁合金连接。

搅拌摩擦焊接技术是一种新型固相、绿色环保的连接技术，能够实现镁合金的有效连接。然而，焊接接头各区域因经历的热机搅拌程度不同而导致组织结构存在明显差异。焊核区经历了最为强烈的热机搅拌而致使该区域发生了完全动态再结晶，形成细小的等轴再结晶晶粒。热机影响区经历了相对焊核区较轻微的热机搅拌而发生了不完全动态再结晶，最终在该区域形成了部分再结晶晶粒和变形晶粒的混合结构。热影响区仅仅经历了热循环作用，发生了析出相粗化和晶粒长大现象。焊接接头微观组织结构差异将致使镁合金搅拌摩擦焊接头力学和腐蚀性能下降。而且，焊接温度和应变率是影响晶粒尺寸和析出相演变的主要影响因素。焊接温度越高，高温停留时间相对越长，析出相越易发生粗化，而且越有利于动态再结晶发生，晶界迁移与扩散能力增强，晶粒越易长大；应变率越大，析出相易被切断而系细化，而且越利于位错繁殖与扩散，增加再结晶形核率，晶粒细化。因此，镁合金搅拌摩擦焊过程中，搅拌头转速和焊速选择是影响焊接接头质量的主要因素之一。

现有技术中，也有部分针对镁合金搅拌摩擦焊进行改进的方法，但是均基于常规转速和焊速，如公开号为CN102528268B的专利文件公开的一种增强接头力学性能的搅拌摩擦焊接工艺，该技术是在转速400～800转/分钟和焊速50～200毫米/分钟工艺下，通过在焊接过程中添加强制冷却介质急冷焊缝来提升接头力学性能。该技术对沉淀强化和细晶强化合金效果明显，对镁合金接头力学性能改善效果甚微，而且工艺复杂，一定程度上增加制造成本和污染环境。公开号为CN111730194A的专利文件公开了一种中厚镁合金板搅拌摩擦焊方法及其装置，该技术是在转速1200转/分钟和焊速100毫米/分钟工艺下，利用固定上轴肩，让下轴肩旋转运动的双轴肩方法提供热输入，厚度方向仍存在热输入不均匀性，且增加了搅拌头组装工序和焊后拆装困难风险。

因此，基于常规搅拌头来改善镁合金搅拌摩擦焊方法，以改善镁合金薄板搅拌摩擦焊接头力学性能和腐蚀性能，对于推进镁合金搅拌摩擦的工业应用和拓展镁合金结构件应用领域，具有极其重要的实用价值。

发明内容

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置及焊接方法。

本发明实施例的第一方面提供一种镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置，包括：滚轮壳体、设置于所述滚轮壳体中的滚动轴、设置于所述滚轮壳体和所述滚动轴之间的轴承、设置于所述滚轮壳体两端的固定端盖以及设置于所述滚动轴两端的连接支架；所述连接支架对称设置，所述连接支架包括与所述滚动轴相连的连接板以及与所述连接板一端相连的半圆环板，所述连接支架的半圆环板相互收拢形成用于与搅拌摩擦焊机机头抱接的卡环。