/Al复合材料的搅拌摩擦焊方法
【专利说明】高体积分数的SiCp/AI复合材料的搅拌摩擦焊方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及搅拌摩擦焊领域，特别涉及高体积分数的SiCp/Al复合材料的搅拌摩擦焊方法。
【背景技术】
[0003]目前，针对铝基复合材料搅拌摩擦焊的研究主要集中于颗粒材料体积分数小于30%的低体积分数复合材料上，而对高体积分数(体积分数> 50%)的铝基复合材料的研究较少。
[0004]已有研究表明，采用搅拌摩擦焊对体积分数高于25%的颗粒增强铝基复合材料进行焊接主要存在以下问题:1.焊接过程中搅拌工具磨损剧烈甚至断裂。美国NASA的研究结果表明，当颗粒体积分数为27%时，焊接长度小于90mm，搅拌工具即发生断裂；当颗粒体积分数为50%时，焊接长度小于40mm，搅拌工具即断裂。2.焊缝难以成形。已有研究表明，对铝合金和体积分数高于25%的SiC颗粒增强铝基复合材料的搅拌摩擦焊，由于焊缝两侧材料塑性差异大，致使两侧塑性流动区域尺寸不同，导致焊缝表面沟槽或无法焊合。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是现有搅拌摩擦焊工艺不适用于颗粒材料体积分数高的铝基复合材料；为解决所述问题，本发明提供一种高体积分数的SiCp/Al复合材料的搅拌摩擦焊方法，p代表颗粒。
[0006]本发明所提供的高体积分数的SiCp/Al复合材料的搅拌摩擦焊方法，步骤一、制作盖板；步骤二、制作夹层；步骤三、将夹层置于待焊试板的对接面之间；步骤四、将盖板安装在待焊试板及夹层之上，并用工装夹紧；步骤五、开始焊接。
[0007]进一步，所述盖板的材料采用纯铝或铝合金，长度长于待焊试板，宽度在等于搅拌工具轴肩直径基础上留出工装夹紧的距离。
[0008]进一步，所述夹层材料为纯铝或铝合金，厚度与待焊试板厚度相等，宽度为0.8mm至2倍待焊试板厚度。
[0009]进一步，所述高体积分数铝基复合材料中，颗粒的体积分数为50%~70%。
[0010]进一步，所述待焊试板的厚度为2.0mnT4.0mm。
[0011]进一步，搅拌工具的搅拌针直径为夹层宽度的1.5~3.75倍。
[0012]本发明的优点包括:
本发明采用在待焊复合材料上方加盖盖板，在对接面处加入夹层，并采用特定直径搅拌针进行焊接的方法，降低了搅拌工具的磨损，获得了成形良好、强度较高的焊缝。该方法与现有高颗粒材料体积分数的铝基复合材料搅拌摩擦焊方法相比，1)搅拌工具磨损程度小，轴肩几乎无磨损；2)焊缝成形良好；3)焊缝抗拉强度高。
【附图说明】
[0013]图1为本发明所提供的高体积分数的SiCp/Al复合材料的搅拌摩擦焊方法的沿宽度方向的操作示意图；
图2是本发明所提供的高体积分数的SiCp/Al复合材料的搅拌摩擦焊方法的步骤图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
[0015]结合参考图1和图2，本发明优选实施例提供的高体积分数的SiCp/Al复合材料的搅拌摩擦焊方法，包括如下步骤:
步骤一、制作盖板2,盖板2材料为纯招或招合金,长度长于待焊试板3长度,宽度wl应在大于搅拌工具轴肩直径Rt基础上留出工装夹紧的距离；
步骤二、制作夹层4，夹层4材料为纯铝或铝合金，厚度h与待焊试板厚度d2相等，宽度w为0.8mm至2倍待焊试板厚度d2 ；
步骤三、将夹层4置于待焊试板3的对接面之间；
步骤四、将盖板2安装在待焊试板3及夹层4之上，并用工装夹紧；
步骤五、开始焊接。
[0016]所述焊接可以采用常规的搅拌摩擦焊工艺，包括:将待焊试板3、盖板2及夹层4工装夹紧，搅拌工具对中焊缝中心，要求搅拌工具1的搅拌针直径Rp为夹层宽度w的1.5~3.75倍；按常规金属的搅拌摩擦焊工艺进行焊接。
[0017]试验表明，当搅拌针直径大于夹层宽度的3.75倍时，将有过渡的铝基复合材料参与搅拌过程，致使焊缝难以成形及搅拌针的剧烈磨损；而当搅拌针直径小于夹层宽度的1.5倍时，参与搅拌过程并与夹层材料发生混合的复合材料过少，难以形成有效结合，并且不易在夹层位置形成增强颗粒的良好过渡。因此，将搅拌针的直径确定为夹层宽度的
1.5?3.75 倍。
[0018]如上所述，本发明通过在待焊试板对接面处填加夹层、在其上方加盖盖板和采用特定直径搅拌针进行焊接的方法，实现了高体积分数SiCp/Al复合材料的搅拌摩擦焊，降低了搅拌工具的磨损程度，获得了成形良好、抗拉强度高的焊缝。
[0019]本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
【主权项】
1.高体积分数的SiCp/Al复合材料的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，步骤一、制作盖板；步骤二、制作夹层；步骤三、将夹层置于待焊试板的对接面之间；步骤四、将盖板安装在待焊试板及夹层之上，并用工装夹紧；步骤五、开始焊接。2.依据权利要求1所述的高体积分数的SiCp/Al复合材料的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述盖板的材料采用纯铝或铝合金，长度长于待焊试板，宽度在等于搅拌工具轴肩直径基础上留出工装夹紧的距离。3.依据权利要求1所述的高体积分数的SiCp/Al复合材料的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述夹层材料为纯铝或铝合金，厚度与待焊试板厚度相等，宽度为0.8mm至2倍待焊试板厚度。4.依据权利要求1所述的高体积分数的SiCp/Al复合材料的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述颗粒增强铝基复合材料中，颗粒的体积分数为50%~70%。5.依据权利要求1所述的高体积分数的SiCp/Al复合材料的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述待焊试板的厚度为1.5~6mm。6.依据权利要求1所述的高体积分数的SiCp/Al复合材料的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，搅拌工具的搅拌针直径为夹层宽度的1.5~3.75倍。
【专利摘要】本发明公开了一种高体积分数SiCp颗粒增强铝基复合材料的搅拌摩擦焊方法，包括：步骤一、制作盖板；步骤二、制作夹层；步骤三、将夹层置于待焊试板的对接面之间；步骤四、将盖板安装在待焊试板及夹层之上，并用工装夹紧；步骤五、开始焊接。通过本发明提高了搅拌摩焊质量。
【IPC分类】B23K20/24, B23K20/12
【公开号】CN105290604
【申请号】CN201410291691
【发明人】宋学成, 封小松, 崔凡, 郭立杰
【申请人】上海航天设备制造总厂
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2014年6月26日