一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料盒体的搅拌摩擦焊方法与流程

文档序号：11426232阅读：271来源：国知局

本发明为一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料盒体的搅拌摩擦焊方法，属于焊接作业技术领域。

背景技术：

碳化硅颗粒增强铝基复合材料由于其具有一系列的优点，如比强度和比模量高、导热率高、热膨胀系数低、高温性能好、耐磨性好等，目前已广泛受到航空航天、武器装备、汽车、仪表电子等领域的青睐，具有广泛的应用前景。然而，由于复合材料中的增强相和基体铝合金之间的物理化学性能如熔点、热膨胀系数和晶体结构等差异巨大，使得碳化硅颗粒增强铝基复合材料的焊接比焊接单相材质要困难许多，尽管碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备和机械加工技术已相对成熟，但这种材料的连接问题，一直没有得到很好的解决，成为其广泛市场化应用的瓶颈难题。

目前，针对碳化硅颗粒增强铝基复合材料焊接的研究包含了熔化焊、扩散焊和钎焊等，对碳化硅颗粒增强铝基复合材料搅拌摩擦焊虽有研究，但仅限于对接接头与搭接接头的研究。以有研究表明，在采用熔化焊进行碳化硅颗粒增强铝基复合材料焊接的过程中，存在焊缝成形差、sic颗粒与铝合金基体之间存在脆性相al4c3等缺陷；扩散焊限制构件的形状，且焊缝中间没有增强相sic颗粒；钎焊过程中，表面氧化膜的存在严重影响接头力学性能，钎缝中间部位没有增强相sic颗粒，接头力学性能差。而对于碳化硅颗粒增强铝基复合材料盒体的封接，目前仅限于用钎焊的方法对其进行封接，且钎焊后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料盒体剪切强度较低，因此如何设计一种优良的碳化硅颗粒增强铝基复合材料盒体的焊接方法成为目前急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料盒体的搅拌摩擦焊方法。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料盒体的搅拌摩擦焊方法，包括：

第一步，工件预处理，首先根据焊接作业需要，将与盒体侧壁进行焊接位置处的盖板进行铣削加工，使得盖板焊接位置处的厚度为盖板正常后的1/3—2/3，然后对盒体侧壁和盖板表面进行打磨处理，清除盒体侧壁和盖板表面的固体杂质和毛刺缺陷，然后由去离子对盒体侧壁和盖板进行清洗并冷风干燥后，最后通过夹具使盖板焊接接触位于与盒体焊接接触位置相抵，且盖板与盒体侧壁间相互垂直分布，并构成横截面呈“丅”字型的连接结构，其中盖板前端面超出盒体侧壁侧表面至少15毫米；

第二步，焊接前预处理，完成第一步作业后，将摩擦焊接设备的搅拌头保持逆时针方向旋转，并以800—1200r/min的匀速转速条件下沿与盖板表面垂直方向压下，其中压下速度为0.5—0.7mm/min，并由搅拌头在盖板表面上形成深度为不超过0.2mm的压痕槽；

第三步，焊接作业，在完成第二步作业并延时0.1—1秒后，在保持搅拌头运行状态不变条件下，驱动搅拌头沿盖板与盒体侧壁间焊接位置匀速运动，运动速度为150—300mm/min，直至搅拌头匀速走完盖板与盒体侧壁间全部焊接位置后，将搅拌头提升，完成焊接作业。

进一步的，所述的第二步中在进行压下作业时，搅拌头轴线与盒体侧壁间相互平行分布，并保持0—0.8mm的间隙，搅拌头前端面与盖板表面呈0°—2.5°夹角。

进一步的，其特征在于，所述的第二步中搅拌头与盖板第一接触点和第三步中搅拌头与盖板的最后分离点均位于盒体侧壁外，并与盒体侧壁外表面间距为3—25mm。

进一步的，其特征在于，所述的在进行第二步和第三步作业时，同时对搅拌头和盖板接触位置进行冷凝水冷却，且冷却水流向与搅拌头焊接运行方向相反。

进一步的，冷凝水的温度为0℃—10℃，流量为4-8l/min。

进一步的，所述的盖板厚度不超过1.5mm，盒体侧壁的厚度为1mm—5mm，且碳化硅颗粒增强铝基复合材料中增强相体积分数不超过15%。

进一步的，所述的第二部和第三步中，焊接环境温度为5℃-30℃，环境湿度为40%-60%，焊接作业的温度为450℃-570℃。

本发明的积极效果：

（1）焊接过程中盒体内部温度低，不超过150℃，焊接接头热影响区显微组织变化小，残余应力低，焊接的盒体不变形；

(2)能一次完成不同位置的焊接；

(3)操作过程方便实现机械化与自动化、且能耗低、功效高、对作业环境要求低。

(4)无需添加焊丝，不需焊前除氧化膜，不需要保护气体，成本低；

(5)焊接后的盒体剪切强度高，接头组织致密，能满足盒体的气密性要求；

(6)焊接过程安全、无污染、无烟尘、无辐射。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明

图1：为本发明制备方法流程图；

图2：为焊接作业温度变化图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

如图1和2所示一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料盒体的搅拌摩擦焊方法，包括：

第一步，工件预处理，首先根据焊接作业需要，将与盒体侧壁进行焊接位置处的盖板进行铣削加工，使得盖板焊接位置处的厚度为盖板正常后的1/3，然后对盒体侧壁和盖板表面进行打磨处理，清除盒体侧壁和盖板表面的固体杂质和毛刺缺陷，然后由去离子对盒体侧壁和盖板进行清洗并由0℃冷风干燥后，最后通过夹具是盖板焊接接触位于与盒体焊接接触位置相抵，且盖板与盒体侧壁间相互垂直分布，并构成横截面呈“丅”字型的连接结构，其中盖板前端面超出盒体侧壁侧表面16mm；

第二步，焊接前预处理，完成第一步作业后，将搅拌摩擦焊接设备的搅拌头保持逆时针方向旋转，并以1000r/min的匀速转速条件下沿与盖板表面垂直方向压下，其中压下速度为0.6mm/min，并由搅拌头在盖板表面上形成深度为0.2mm的压痕槽，在进行压下作业时，搅拌头轴线与盒体侧壁间相互平行分布，并保持0—0.8mm的间隙，搅拌头前端面与盖板表面呈0°—2.5°夹角；

第三步，焊接作业，在完成第二步作业并延时0.5秒后，在保持搅拌头运行状态不变条件下，驱动搅拌头沿盖板与盒体侧壁间焊接位置匀速运动，运动速度为200mm/min，直至搅拌头匀速走完盖板与盒体侧壁间全部焊接位置后，将搅拌头提升，完成焊接作业。

本实施例中，所述的第二步中本实施例中，其特征在于，所述的第二步中搅拌头与盖板第一接触点和第三步中搅拌头与盖板的最后分离点均位于盒体侧壁外，并与盒体侧壁外表面间距为3mm。

本实施例中，其特征在于，所述的在进行第二步和第三步作业时，同时对搅拌头和盖板接触位置进行冷凝水冷却，且冷却水流向与搅拌头焊接运行方向相反。

本实施例中，冷凝水的温度为0℃，流量为8l/min。

本实施例中，所述的盖板厚度为1.2mm，盒体侧壁厚度为3.5mm，且焊接增强相体积分数为15%。

本实施例中，所述的第二部和第三步中，焊接环境温度为25℃，环境湿度为45%，焊接作业的温度为510℃。

实施例2

如图1和2所示一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料盒体的搅拌摩擦焊方法，包括：

第一步，工件预处理，首先根据焊接作业需要，将与盒体侧壁进行焊接位置处的盖板进行铣削加工，使得盖板焊接位置处的厚度为盖板正常厚度的1/2，然后对盒体侧壁和盖板表面进行打磨处理，清除盒体侧壁和盖板表面的固体杂质和毛刺缺陷，然后由去离子对盒体侧壁和盖板进行清洗并以-5℃冷风干燥后，最后通过夹具使盖板焊接接触位于与盒体焊接接触位置相抵，且盖板与盒体侧壁间相互垂直分布，并构成横截面呈“丅”字型的连接结构，其中盖板前端面超出盒体侧壁侧表面20毫米；

第二步，焊接前预处理，完成第一步作业后，将搅拌摩擦焊接设备的搅拌头保持逆时针方向，并以900r/min的匀速转速条件下沿与盖板表面垂直方向压下，其中压下速度为0.7mm/min，并由搅拌头在盖板表面上形成深度为0.1mm的压痕槽，进行压下作业时，搅拌头轴线与盒体侧壁间相互平行分布，并保持0—0.5mm的间隙，搅拌头前端面与盖板表面呈0°—1.5°夹角。

第三步，焊接作业，在完成第二步作业并延时1秒后，在保持搅拌头运行状态不变条件下，驱动搅拌头沿盖板与盒体侧壁间焊接位置匀速运动，运动速度为180mm/min，直至搅拌头匀速走完盖板与盒体侧壁间全部焊接位置后，将搅拌头提升，完成焊接作业。

本实施例中，其特征在于，所述的第二步中搅拌头与盖板第一接触点和第三步中搅拌头与盖板的最后分离点均位于盒体侧壁外，并与盒体侧壁外表面间距为5mm。

本实施例中，冷凝水的温度为10℃，流量为4l/min。

本实施例中，所述的盖板与盒体侧壁厚度为1mm，且焊接增强相体积分数为15%。

本实施例中，所述的第二部和第三步中，焊接环境温度为10℃，环境湿度为60%，焊接作业的温度为450℃。