[发明专利]一种异种金属棒材的铆接辅助旋转摩擦焊工艺和应用

说明书

本发明提出采用铆接辅助旋转摩擦摩擦焊接工艺的方式制备高强度异种金属棒材结构，尤其适用于高性能大硬度差异的异种金属结构的制备。这种方法不仅能够充分发挥旋转摩擦焊的工艺优势，同时利用铆接方式实现中心区域界面结合性能的提升，在不明显增加生产成本的基础上，可显著提升异种金属棒材复合结构性能，直接获得高性能的异种金属棒材结构件。

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，具体涉及一种大差异异种金属棒材的铆接辅助旋转摩擦焊工艺和应用。

背景技术

现有技术表明旋转摩擦焊中虽然可以通过调整工艺参数实现对焊态异种金属接头性能的优化，但由于旋转摩擦焊在径向方向上旋转线速度的不同，导致了界面在径向产热速率、温度分布等方面的差异，从而进一步引起了界面组织及性能的不均匀性。通过大量试验发现在接头中心位置，由于其旋转线速度几乎为零，界面温度的提升主要依靠外侧高温度区域的热传导，因此界面冶金反应极不充分，是整个接头的薄弱环节。所以需要通过各种手段对异种金属旋转摩擦焊工艺及方法进行优化，促进接头中心区域及整体性能的提升。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在于提供一种异种金属棒材的铆接辅助旋转摩擦焊工艺和应用。本发明依托旋转摩擦焊固有技术优势，提出了利用铆接方法促进大差异异种金属界面中心区域结合，以旋转摩擦焊接方式实现外侧区域结合，即以铆接辅助旋转摩擦焊的工艺大幅度提升接头整体性能。

本发明的目的之一是提供一种适用于异种金属棒材的铆接辅助旋转摩擦焊工艺。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开了一种异种金属棒材的铆接辅旋转摩擦焊工艺，包括如下步骤：

(1)根据待焊棒材尺寸，将高硬度金属A棒材端面加工出具有一定直径、高度，带有环状凹槽的螺柱；将低硬度金属B棒材的端面加工平整；

(2)将步骤(1)中加工好的金属B棒材和金属A棒材分别置于旋转摩擦焊机的旋转侧和进给侧，并夹紧；

(3)适当调整金属A棒材和金属B棒材间距，使金属A棒材凸出的螺柱端面完全与金属B棒材接触或适当插入金属B棒材内部；

(4)启动焊机，待焊机达到设定转速后，开始焊接，最后制备出铆接辅助旋转摩擦焊接的异种金属棒状接头。

本发明的目的之二是提供一种异种金属棒材的铆接辅旋转摩擦焊工艺的应用。该工艺适用于多种材料，尤其是大差异异种冶金不相容金属高性能棒材复合结构件(两种材料硬度比大于1.5，如铝合金/钢)的摩擦焊接生产。

本发明提出的方法仅需通过对非变形或小变形的高硬度棒材端面进行简单机械加工及简单调整旋转摩擦焊焊接过程，避免了较高的生产成本及复杂的操作过程，直接获得高性能的异种金属复杂棒状结构件。焊接时在中心区域，高硬度金属A中带有凹槽的螺柱将在不发生剧烈变形的情况下与低硬度金属B棒材端面接触并实现中心区域的铆接，而在外侧区域，金属B棒材的剧烈塑性变形及流动保证了界面高强度结合。该工艺在不影响其它外侧区域性能或者冶金行为的前提下，带有环状凹槽的螺柱特殊结构使得异种金属焊接中心区域产生明显的机械咬合和冶金结合作用，从而得到连接强度高的异种金属棒材接头。

本发明的有益效果在于：

采用本发明的铆接辅助旋转摩擦焊接工艺，先对金属机械加工，借助旋转摩擦焊技术特点，在中心区域靠压力及两种金属的相对旋转运动，实现中心区域的铆接；在外侧区域以旋转摩擦焊方式实现异种金属的摩擦焊结合，可以获得比传统旋转摩擦焊工艺性能更优的异种金属棒材接头。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。附图中以大差异铝合金(低硬度)/钢(高硬度)异种金属的铆接辅助旋转摩擦焊工艺为例。