專(zhuān)利名稱(chēng)：攪拌摩擦焊接專(zhuān)用攪拌頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種攪拌頭，特別是一種攪拌摩擦焊接專(zhuān)用攪拌頭。
背景技術(shù)：
異種金屬的連接是現(xiàn)代制造業(yè)的熱門(mén)課題。尤其是具有互補(bǔ)的物化特性，以鋁合 金、鎂合金為代表的比重小、導(dǎo)熱快的低熔點(diǎn)金屬與不銹鋼等耐腐蝕性好、耐高溫氧化及強(qiáng) 度高的高熔點(diǎn)金屬的復(fù)合連接技術(shù)更是關(guān)注的焦點(diǎn)。鋁及鋁合金與不銹鋼的連接結(jié)構(gòu)在工 業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都有著非常廣泛的應(yīng)用，如航天推進(jìn)器的導(dǎo)管結(jié)構(gòu)、熱管結(jié)構(gòu)、鋁合金 與不銹鋼筒體結(jié)構(gòu)、高壓鍋中不銹鋼與鋁合金鍋底結(jié)構(gòu)等。然而，無(wú)論在熱物理性能，如熔 點(diǎn)、熱導(dǎo)率、線(xiàn)膨脹系數(shù)等方面，還是在材料力學(xué)性能方面差異較大而導(dǎo)致的異質(zhì)金屬連接 困難、接頭性能差一直都是研究的核心點(diǎn)。參照?qǐng)D3，公知的攪拌頭是圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，由軸根1和軸肩2組合而成，攪拌面3是平文獻(xiàn)“鋁合金與不銹鋼的過(guò)渡層釬焊，呂學(xué)勤，楊尚磊，吳毅雄，石忠賢，《焊接學(xué) 報(bào)》，2004，25(1) :95-102”公開(kāi)了一種鋁合金與不銹鋼的過(guò)渡層釬焊方法，該方法采用Ni/ Cu過(guò)渡層對(duì)LF3鋁合金與0Crl8Ni9不銹鋼進(jìn)行釬焊，方法是打磨清理不銹鋼待焊表面后， 用電刷鍍特殊鍍M液和快速鍍Cu液依次在活化后的不銹鋼面上刷鍍Ni、Cu層，實(shí)現(xiàn)了 鋁合金與不銹鋼的大面積面-面焊接，但由于有釬縫界面有大量脆性化合物生成，且較厚 的鍍層增加了鍍層的內(nèi)應(yīng)力和微裂紋，不利于接頭的可靠結(jié)合，只得到了剪切強(qiáng)度為M 35Mpa的接頭；接頭強(qiáng)度只均有母材的30 45% ；且對(duì)焊件待焊表面的制備和裝配要求較 高，焊接熱循環(huán)周期長(zhǎng)，一般需要幾十分鐘到幾十小時(shí)，生產(chǎn)率低，制造成本較高；需要在真 空或保護(hù)氣氛下同時(shí)加熱加壓，需使用專(zhuān)用設(shè)備，投資大，焊件尺寸受到設(shè)備容量限制。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有鋁合金與不銹鋼的過(guò)渡層釬焊方法形成的接頭剪切強(qiáng)度低的不足， 本實(shí)用新型提供一種攪拌摩擦焊接專(zhuān)用攪拌頭，利用其攪拌面的圓環(huán)凹面，摩擦產(chǎn)熱使金 屬材料塑性化，并利用硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)銼的切削作用，在短時(shí)間內(nèi)清理硬金屬表面，以及強(qiáng)烈 的塑性變形使兩種金屬界面接觸面積增大，可以提高鋁合金與不銹鋼接頭的剪切強(qiáng)度。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案一種攪拌摩擦焊接專(zhuān)用攪拌頭， 由軸根1和軸肩2組合而成，其特點(diǎn)是所述軸肩2上的攪拌面3是圓環(huán)凹面，在軸肩2的軸 芯處鑲嵌有旋轉(zhuǎn)銼4。所述旋轉(zhuǎn)銼4的材料是硬質(zhì)合金。本實(shí)用新型的有益效果是由于采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)攪拌頭，利用其攪拌面的圓環(huán)凹面， 摩擦產(chǎn)熱使金屬材料塑性化，并利用硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)銼的切削作用，在短時(shí)間內(nèi)清理硬金屬 表面，以及強(qiáng)烈的塑性變形使兩種金屬界面接觸面積增大，使鋁合金與ICrlSNiOTi不銹鋼 接頭的剪切強(qiáng)度由現(xiàn)有技術(shù)的M 35Mpa提高到75 98Mpa。[0009]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是本實(shí)用新型摩擦焊接用攪拌頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型方法焊接過(guò)程示意圖。圖3是背景技術(shù)摩擦焊接用攪拌頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-軸根，2-軸肩，3-攪拌面，4-旋轉(zhuǎn)銼，5-切面，6-鋁合金，7-lCrl8Ni9Ti不 銹鋼。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例參照?qǐng)D1 2。實(shí)施例1 攪拌摩擦焊接專(zhuān)用攪拌頭，由軸根1和軸肩2組合而成，攪拌面3是圓環(huán) 凹面，在軸肩2的軸芯鑲嵌有旋轉(zhuǎn)銼4，旋轉(zhuǎn)銼4由硬質(zhì)合金材料制成。軸肩直徑Φ25πιπι， 旋轉(zhuǎn)銼直徑Φ 6mm。實(shí)施例2 :1060鋁合金與lCrl8Ni9Ti不銹鋼的攪拌摩擦焊接方法。打磨清理1060鋁合金6和ICrlSNiOTi不銹鋼7的待連接面，并用丙酮進(jìn)行超聲波 清洗，以去除油污，保證待連接表面干凈；將2. 7mm厚的1060鋁合金6水平放在lCrl8Ni9Ti 不銹鋼7上面形成切面5，并將其一起固定在水平工作臺(tái)上；將專(zhuān)用攪拌頭軸根1裝夾于攪 拌摩擦焊機(jī)上，選擇參數(shù)專(zhuān)用攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度950rpm、前進(jìn)速度60 300mm/min。開(kāi)機(jī)， 專(zhuān)用攪拌頭旋轉(zhuǎn)并逐漸緩慢將旋轉(zhuǎn)銼4插入1060鋁合金6中，旋轉(zhuǎn)銼4的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為當(dāng)表 面有0. 5mm的下壓量時(shí)，旋轉(zhuǎn)銼4底部進(jìn)入lCrl8Ni9Ti不銹鋼7中0. 3mm ；平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)后工 作臺(tái)水平勻速移動(dòng)，形成焊縫。連接后，利用掃描電鏡對(duì)接頭組織形貌進(jìn)行觀(guān)察，界面上不存在任何缺陷與空洞； 經(jīng)過(guò)對(duì)焊接后的1060鋁合金/ICrlSNiOTi不銹鋼接頭用拉剪方式進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，其剪切強(qiáng) 度為79 89Mpa。實(shí)施例3 6061鋁合金與lCrl8Ni9Ti不銹鋼的攪拌摩擦焊接方法。打磨清理6061鋁合金6和ICrlSNiOTi不銹鋼7的待連接面，并用丙酮進(jìn)行超聲波 清洗，以去除油污，保證待連接表面干凈；將2. 7mm厚的6061鋁合金6水平放在lCrl8Ni9Ti 不銹鋼7上面形成切面5，并將其一起固定在水平工作臺(tái)上；將專(zhuān)用攪拌頭軸根1裝夾于攪 拌摩擦焊機(jī)上，選擇參數(shù)專(zhuān)用攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度950rpm、前進(jìn)速度60 300mm/min。開(kāi)機(jī)， 專(zhuān)用攪拌頭旋轉(zhuǎn)并逐漸緩慢將旋轉(zhuǎn)銼4插入6061鋁合金6中，旋轉(zhuǎn)銼4的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為當(dāng)表 面有0. 5mm的下壓量時(shí)，旋轉(zhuǎn)銼4底部進(jìn)入lCrl8Ni9Ti不銹鋼7中0. 3mm ；平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)后工 作臺(tái)水平勻速移動(dòng)，形成焊縫。連接后，利用掃描電鏡對(duì)接頭組織形貌進(jìn)行觀(guān)察，界面上不存在任何缺陷與空洞； 經(jīng)過(guò)對(duì)焊接后的6061鋁合金/ICrlSNiOTi不銹鋼接頭用拉剪方式進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，其剪切強(qiáng) 度為89 97Mpa。實(shí)施例4 2024鋁合金與lCrl8Ni9Ti不銹鋼的攪拌摩擦焊接方法。打磨清理20M鋁合金6和ICrlSNiOTi不銹鋼7的待連接面，并用丙酮進(jìn)行超聲波 清洗，以去除油污，保證待連接表面干凈；將2. 7mm厚的20M鋁合金6水平放在lCrl8Ni9Ti4不銹鋼7上面形成切面5，并將其一起固定在水平工作臺(tái)上；將專(zhuān)用攪拌頭軸根1裝夾于攪 拌摩擦焊機(jī)上，選擇參數(shù)專(zhuān)用攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度950rpm、前進(jìn)速度60 300mm/min。開(kāi)機(jī)， 專(zhuān)用攪拌頭旋轉(zhuǎn)并逐漸緩慢將旋轉(zhuǎn)銼4插入20M鋁合金6中，旋轉(zhuǎn)銼4的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為當(dāng)表 面有0. 5mm的下壓量時(shí)，旋轉(zhuǎn)銼4底部進(jìn)入lCrl8Ni9Ti不銹鋼7中0. 3mm ；平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)后工 作臺(tái)水平勻速移動(dòng)，形成焊縫。 連接后，利用掃描電鏡對(duì)接頭組織形貌進(jìn)行觀(guān)察，界面上不存在任何缺陷與空洞； 經(jīng)過(guò)對(duì)焊接后的20M鋁合金/ICrlSNiOTi不銹鋼接頭用拉剪方式進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，其剪切強(qiáng) 度為87 98Mpa。
權(quán)利要求1.一種攪拌摩擦焊接專(zhuān)用攪拌頭，由軸根(1)和軸肩( 組合而成，其特征在于所述 軸肩( 上的攪拌面C3)是圓環(huán)凹面，在軸肩( 的軸芯處鑲嵌有旋轉(zhuǎn)銼G)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的專(zhuān)用攪拌頭，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)銼的材料是硬質(zhì)合金。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種攪拌摩擦焊接專(zhuān)用攪拌頭，用于解決現(xiàn)有的鋁合金與不銹鋼的過(guò)渡層釬焊方法形成的接頭剪切強(qiáng)度低的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)方案是攪拌頭由軸根(1)和軸肩(2)組合而成，所述軸肩(2)上的攪拌面(3)是圓環(huán)凹面，在軸肩(2)的軸芯處鑲嵌有旋轉(zhuǎn)銼(4)。采用專(zhuān)用攪拌頭，利用其攪拌面的圓環(huán)凹面，摩擦產(chǎn)熱使金屬材料塑性化，并利用硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)銼的切削作用，在短時(shí)間內(nèi)清理硬金屬表面，以及強(qiáng)烈的塑性變形使兩種金屬界面接觸面積增大，使鋁合金與1Cr18Ni9Ti不銹鋼接頭的剪切強(qiáng)度由現(xiàn)有技術(shù)的24～35MPa提高到75～98MPa。
文檔編號(hào)B23K20/12GK201833113SQ201020572158
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者張賦升, 李京龍, 熊江濤, 魏艷妮 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)