一种铝/钢异种材料连接的搅拌摩擦焊接方法与流程

本发明涉及一种表面处理技术，尤其涉及一种铝/钢异种材料连接的搅拌摩擦焊接方法。

背景技术：

搅拌摩擦焊作为一种新型固相连接技术，有效解决了传统铝合金、镁合金等低熔点材料的焊接问题。一经发明便得到了广大研究人员的青睐，被广泛应用于航空航天、轨道交通、船舶制造等领域。随着其应用的越来越广泛，随之而来的技术需求也越来越高。在越来越多的应用背景下，要求异种材料的连接技术。这便对焊接过程提出了更大的要求和挑战。其中以目前应用最为广泛的不锈钢和铝合金的焊接问题最为突出。两种材料目前的应用极为广泛，但对于两者之间的焊接问题，却一直得不到很好的解决。这是由于传统熔化焊能够实现不锈钢的焊接，但对于铝合金的焊接，传统熔化焊无法进行高质量连接，最好的解决办法便是搅拌摩擦焊。但由于两者的熔点相差较大，焊接时流动性差别较大，造成两种材料无法进行有效的连接。所以，如何有效提高两者的搅拌摩擦焊质量一直是关注的热点。

目前解决异种材料的连接问题的主要方法之一便是通过制备中间过渡层，最常用的方法是通过制备钎料。但是中间层与两种材料的结合问题，尤其是与不锈钢的结合问题，没有办法很好的实现，造成搅拌摩擦焊之后，中间层与不锈钢的连接，依旧是薄弱区域。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种铝/钢异种材料连接的搅拌摩擦焊接方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的铝/钢异种材料连接的搅拌摩擦焊接方法，包括步骤：

首先，在高熔点材料不锈钢一侧的焊接面进行冷喷涂处理，冷喷涂气体预热温度为500℃，冷喷涂所选粉末颗粒为al颗粒或氧化铝颗粒或两者混合物，尺寸在5-50μm，送粉速率为30g/min，送粉距离为25mm，加速气体采用氮气；

然后，将带有冷喷涂层的不锈钢与铝合金进行搅拌摩擦焊对接焊接。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的铝/钢异种材料连接的搅拌摩擦焊接方法，能够有效提高异种材料搅拌摩擦焊焊接质量和焊接可能性，工艺简单、效果良好，经济实用，能够实现异种材料的搅拌摩擦焊高效连接，大大拓展了搅拌摩擦焊的应用范围。

附图说明

图1为本发明实施例提供的铝/钢异种材料连接的搅拌摩擦焊接方法工作轴测示意图。

图2为本发明实施例提供的铝/钢异种材料连接的搅拌摩擦焊接方法工作侧面示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的铝/钢异种材料连接的搅拌摩擦焊接方法，其较佳的具体实施方式是：

包括步骤：

首先，在高熔点材料不锈钢一侧的焊接面进行冷喷涂处理，冷喷涂气体预热温度为500℃，冷喷涂所选粉末颗粒为al颗粒或氧化铝颗粒或两者混合物，尺寸在5-50μm，送粉速率为30g/min，送粉距离为25mm，加速气体采用氮气；

然后，将带有冷喷涂层的不锈钢与铝合金进行搅拌摩擦焊对接焊接。

所述不锈钢包括以下任一种：铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢、沉淀碳化不锈钢；

所述铝合金包括以下任一种：纯铝、2xxx系列、5xxx系列、6xxx系列、7xxx系列高强铝合金。

所述冷喷涂处理的涂层厚度为100-1000μm。

在进行冷喷涂之前，将不锈钢的喷涂面进行打磨处理，对于冷喷涂后的涂层表面，进行表面打磨抛光处理。

所述搅拌摩擦焊包括以下任一种：常规搅拌摩擦焊、双轴肩搅拌摩擦焊、静轴肩搅拌摩擦焊。

冷喷涂技术作为异种固相沉积技术，能够有效实现多种材料的表面处理。通过冷喷涂技术在不锈钢表面制备冷喷涂层，作为中间层。能够大幅提高在搅拌摩擦焊过程中中间层与不锈钢之间的连接融合问题。最终得到焊接质量良好的铝/钢异种材料的搅拌摩擦焊接头。

本发明的铝/钢异种材料连接的搅拌摩擦焊接方法，通过冷喷涂技术制备中间层，来有效提高异种材料搅拌摩擦焊连接的方法，首先通过冷喷涂技术在高熔点材料不锈钢一侧的焊接截面制备一层致密的中间层，中间层成分与另一侧焊接材料相同，为纯铝或铝合金。随后对两种不同材料进行对接焊接。该过程能够有效提高异种材料搅拌摩擦焊焊接质量和焊接可能性。该发明工艺简单、效果良好，经济实用，能够实现异种材料的搅拌摩擦焊高效连接，大大拓展了搅拌摩擦焊的应用范围。

主要采用如下技术方案：

(1)对不锈钢的焊接面进行打磨，保证表面的凹凸度，以实现冷喷涂层在不锈钢表面的有效沉积。

(2)在处理后的不锈钢焊接面进行冷喷涂处理。冷喷涂气体预热温度为500℃，所选粉末颗粒为纯al颗粒、氧化铝颗粒或两者混合物，尺寸在5-50μm，送粉速率为30g/min，送粉距离为25mm，所采用的加速气体为氮气、氩气等惰性气体。

(3)对喷涂后的涂层表面进行打磨、抛光处理，已提高结合质量，并同时打掉氧化层。随后对不锈钢和铝合金进行搅拌摩擦焊连接。焊接参数视材料种类以及状态而定。

本发明具有如下优点和效果：

(1)通过冷喷涂制备的中间过渡层，稳定性良好，中间层厚度能够得到精准控制；

(2)利用在不锈钢焊接面制备冷喷涂层，搅拌摩擦焊接过程中能够有效提高不锈钢和中间层之间的流动性，进而大大提高铝/钢搅拌摩擦焊接的接头质量；

(3)本方法应用范围较广，适用于各种系列的铝合金以及不锈钢材料。同时适应性良好，重复性和参考价值较高。

具体实施例：

按照本发明方法,首先利用钢刷对厚度为5mm厚的q235不锈钢焊接面进行打磨处理，以提高冷喷涂层沉积质量。

随后在处理过的不锈钢q235焊接面进行冷喷涂处理，冷喷涂气体预热温度为500℃，所选粉末颗粒为2219铝合金，尺寸在5-50μm，送粉速率为30g/min，送粉距离为25mm，所采用的加速气体为氮气。

对不锈钢q235焊接面沉积的冷喷涂层表面进行打磨处理，进一步表面中间层的表面光整度，以提高焊接质量。

对处理过后的带有冷喷涂层的不锈钢q235和5mm厚的2219铝合金进行搅拌摩擦焊接。焊接参数为：搅拌针旋转速度500r/min，焊接速度30mm/min。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种铝/钢异种材料连接的搅拌摩擦焊接方法，在高熔点材料不锈钢一侧的焊接面进行冷喷涂处理，冷喷涂气体预热温度为500℃，冷喷涂所选粉末颗粒为Al颗粒或氧化铝颗粒或两者混合物，尺寸在5‑50μm，送粉速率为30g/min，送粉距离为25mm，加速气体采用氮气；将带有冷喷涂层的不锈钢与铝合金进行搅拌摩擦焊对接焊接。能够有效提高异种材料搅拌摩擦焊焊接质量和焊接可能性，工艺简单、效果良好，经济实用，能够实现异种材料的搅拌摩擦焊高效连接，大大拓展了搅拌摩擦焊的应用范围。

技术研发人员：张华;赵常宇;胡柏堯;李东双;邵童阁
受保护的技术使用者：北京石油化工学院
技术研发日：2018.09.17
技术公布日：2018.12.14