一种制备高强铝合金搅拌摩擦焊接接头的复合工艺方法

本发明涉及搅拌摩擦焊接，具体为一种制备高强铝合金搅拌摩擦焊接接头的复合工艺方法。

背景技术：

1、搅拌摩擦焊接(friction stir welding,fsw)是一种新型的固相连接技术，不仅具有高效、环保、容易实现自动化生产等优点，而且可有效避免传统熔化焊过程中由于凝固产生的气孔、热裂纹等缺陷。搅拌摩擦焊可为实现7xxx高强铝合金的优质连接提供了有效的解决方案，因此近年来对7xxx铝合金搅拌摩擦焊的研究和应用得到了人们的广泛重视。

2、大量研究表明，通过搅拌摩擦焊能制备完整无缺陷的7xxx铝合金接头，由于接头软化等原因导致焊接系数普遍在60％到80％，如何进一步提高其接头强度系数到90％以上仍是一个难题。

3、为了进一步提高搅拌摩擦焊接接头的强度，许多学者进行了一些不同的尝试，如优化焊接工艺、使用外部冷却液、焊后热处理等。实践证明，焊后热处理可以提高铝合金的接头强度。在一些文献报导中，焊后人工时效、自然时效和焊后t6热处理均能提高焊接头的强度(materials&design,2013,43:134-143.)。cn103421943 a提供了提高5052铝合金搅拌摩擦焊接接头性能焊后热处理工艺。cn101450418 a表明对铝基复合材料搅拌摩擦焊接接头进行焊后热处理也能提高接头强度。

4、此外水下搅拌摩擦焊接相对于常规搅拌摩擦焊接能够获得更好的性能。据报导水下搅拌摩擦焊接制备的接头抗拉强度比空气中制备的接头抗拉强度高15％(the advancesin joining technology.springer,singapore,2019:71-83.)。针对水下搅拌摩擦焊接这一技术，已有相关的专利文献，如cn 101439439 a。水冷限制了软化区析出相的溶解和粗化，降低了软化区的软化比和软区宽度，从而提高了接头强度。

5、水下搅拌摩擦焊接和焊后热处理单一工艺都能改变接头的组织和性能，但是提升效果有限。复合工艺能显著提升接头强度，但研究较少。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是：提供一种制备高强铝合金搅拌摩擦焊接接头的复合工艺方法，能够显著提高强铝合金接头的强度，为制备更高性能的铝合金异种接头提供理论依据和方法。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种制备高强铝合金搅拌摩擦焊接接头的复合工艺方法，包括以下步骤，

4、步骤一，采用水下搅拌摩擦焊接设备，将待焊的工件装夹，所采用的水下搅拌摩擦焊接设备包含设有进水口和出水口的水槽；

5、步骤二，开启进水口注水，当水槽中的水位达到预设高度时，开启出水口；

6、步骤三，对工件进行水下搅拌摩擦焊接；

7、步骤四，进行焊后热处理；焊后热处理的方式为人工时效，时效温度100-200℃，时间12h-24h。

8、作为一种优选，工件的材质为7系沉淀硬化型铝合金。

9、作为一种优选，步骤二中，预设高度的位置在工件上方1cm以上。采用这种设置后，可保证工件完全浸没水中，接头得到有效冷却。

10、作为一种优选，步骤三中，水下搅拌摩擦焊接的焊接参数为：旋转速度1800-2200r/min，焊接速度50-100mm/min。

11、作为一种优选，步骤三中，使用的搅拌头为带螺纹的锥形搅拌头。

12、作为一种优选，步骤三和步骤四之间的时间间隔在1小时内。采用这种设置后，控制接头的放置时间，可避免自然时效对接头产生影响。

13、作为一种优选，步骤四中，焊后热处理的方式为时效，时效温度100-150℃、时间12h-24h范围进行人工时效。采用这种设置后，时效温度限制在一个合适范围内，不至于因为温度过高而使析出相变粗，接头强度降低，也不至于因为温度过低而导致原子扩散困难，影响了第二相的析出，无法完全发挥接头进一步提高强度的潜力。

14、总的说来，本发明具有如下优点：

15、单一水下搅拌摩擦焊接工艺能够有效提高接头抗拉强度，接头断裂原因和断裂机制发生改变(journal of materials science,2019,54(1–2).)，使接头具有可进一步采用焊后热处理提高接头强度的潜力。本发明采用了水下搅拌摩擦焊接和焊后热处理结合的新工艺，相对于现有的单一工艺能够显著提高强铝合金接头的强度，为制备更高性能的铝合金异种接头提供理论依据和方法。

技术特征：

1.一种制备高强铝合金搅拌摩擦焊接接头的复合工艺方法，其特征在于：包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种制备高强铝合金搅拌摩擦焊接接头的复合工艺方法，其特征在于：工件的材质为7系沉淀硬化型铝合金。

3.根据权利要求1所述的一种制备高强铝合金搅拌摩擦焊接接头的复合工艺方法，其特征在于：步骤二中，预设高度的位置在工件上方1cm以上。

4.根据权利要求1所述的一种制备高强铝合金搅拌摩擦焊接接头的复合工艺方法，其特征在于：步骤三中，水下搅拌摩擦焊接的焊接参数为：旋转速度1800-2200r/min，焊接速度50-100mm/min。

5.根据权利要求1所述的一种制备高强铝合金搅拌摩擦焊接接头的复合工艺方法，其特征在于：步骤三中，使用的搅拌头为带螺纹的锥形搅拌头。

6.根据权利要求1所述的一种制备高强铝合金搅拌摩擦焊接接头的复合工艺方法，其特征在于：步骤三和步骤四之间的时间间隔在1小时内。

7.根据权利要求1所述的一种制备高强铝合金搅拌摩擦焊接接头的复合工艺方法，其特征在于：步骤四中，焊后热处理的方式为时效，时效温度100-150℃、时间12h-24h范围进行人工时效。

技术总结
本发明涉及一种制备高强铝合金搅拌摩擦焊接接头的复合工艺方法，包括以下步骤，步骤一，采用水下搅拌摩擦焊接设备，将待焊的工件装夹，所采用的水下搅拌摩擦焊接设备包含设有进水口和出水口的水槽；步骤二，开启进水口注水，当水槽中的水位达到预设高度时，开启出水口；步骤三，对工件进行水下搅拌摩擦焊接；步骤四，进行焊后热处理；焊后热处理的方式为人工时效，时效温度100‑200℃，时间12h‑24h。单一水下搅拌摩擦焊接工艺能够有效提高接头抗拉强度，接头断裂原因和断裂机制发生改变，使接头具有可进一步采用焊后热处理提高接头强度的潜力。本发明采用了水下搅拌摩擦焊接和焊后热处理结合的新工艺，能够显著提高强铝合金接头的强度。

技术研发人员：张大童,胡莎莎,邱诚,董嘉亮
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15