[发明专利]一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法

说明书

本发明涉及到一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法，包括步骤a、定义搅拌针旋转切向与前进方向一致的一侧为搅拌针前进侧；搅拌针旋转切向与前进方向相反的一侧为后退侧；b、将熔点较高的金属材料置于搅拌针前进侧，熔点较低的金属材料置于搅拌针后退侧；c、利用搅拌头上的搅拌针对两异种金属连接缝进行搅拌摩擦焊，同时在搅拌针周围焊接区构建周向旋转和径向交变的电磁力。本发明通过在焊接区域内以搅拌针为中心，提供一种可调节的交变径向电磁力，径向驱动塑性金属流动和扩散，从而将热机影响区中的部分高熔点合金撕裂并向低熔点合金一侧运动，最终形成焊缝区组织自锁现象，增大结合面积，促进接头的力学性能。

技术领域

本发明属于金属材料加工与成型技术领域，具体涉及一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法。

背景技术

搅拌摩擦焊工艺是一种绿色焊接工艺，近年来被广泛应用于航空航天、轨道交通等领域。通过搅拌针和轴肩与工件间的摩擦热，在搅拌针的附近形成塑性流动层，塑性流动层在搅拌头高速旋转的作用下填充入搅拌针后方形成的空腔内，从而实现可靠的连接，它具有焊接接头强度高、焊接工件变形小、绿色环保等优点。

不同的金属材料不仅在化学性质上存在巨大差异，在热物理性能上也存在巨大差异，焊接未熔合、裂纹等缺陷容易在焊接过程中出现，造成焊接结构性能下降。因此减少缺陷的出现，提升焊件质量一直是异种金属材料焊接的难点。

由于异种合金的搅拌摩擦焊容易在接头中生成脆硬的IMCs进一步演化为化合物层，导致接头的性能大大降低。因此如何抑制和减少异种合金搅拌摩擦焊过程中的IMCs成为了当前研究的重难点。例如：铝钢复合材料兼具钢良好的力学性能和铝的耐腐蚀、高导热性、密度低等特点，可以满足许多特殊使用要求。铝钢界面若生成金属间化合物，会破坏铝钢基体间的冶金结合，严重影响材料的使用性能。因此，抑制铝钢界面金属间化合物的生长是开发铝钢复合材料的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法，抑制因异种金属间化合物的生长导致的焊接接头性能降低的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种异种金属连接交变径向力可调式搅拌摩擦焊接方法，包括如下具体步骤：

a、定义搅拌针旋转切向与前进方向一致的一侧为搅拌针前进侧；搅拌针旋转切向与前进方向相反的一侧为后退侧；

b、将熔点较高的金属材料置于搅拌针前进侧，熔点较低的金属材料置于搅拌针后退侧；

c、利用搅拌头上的搅拌针对两异种金属连接缝进行搅拌摩擦焊，同时在搅拌针周围焊接区构建周向旋转和径向交变的电磁力。

作为一种优选方案，还包括步骤d：根据焊接需要，通过调节电磁力大小改变焊接区塑性流动态金属的流动性。

作为一种优选方案，在实施步骤c时，通过在搅拌头轴肩端面上设置强力磁铁以及搅拌头的高速旋转来构建电磁力，磁铁沿环绕搅拌针的闭环正星形曲线等间距排列，搅拌针位于闭环正星形曲线的中心。

作为一种优选方案，位于闭环正星形曲线的每个顶点和每个底点均分别设置有一个磁铁，相邻顶点和底点之间的曲线上均布有至少一个磁铁。

作为一种优选方案，任意两相邻磁铁的中心到搅拌针的距离差小于磁铁的半径。

作为一种优选方案，调节电磁力大小的具体方法包括更换磁力不同的磁铁、改变搅拌头的转速。

作为一种优选方案，所述轴肩端面上开设有与磁铁一一对应的安装孔，磁铁一一对应地嵌设于安装孔内且磁铁下表面与轴肩端面齐平。