一种提高钛合金/铝合金异种金属搅拌摩擦点焊接头强度的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106077945A(43)申请公布日2016.11.09(21)申请号201610515613.8(22)申请日2016.07.04(71)申请人南昌航空大学地址330063江西省南昌市丰和南大道696号(72)发明人陈玉华曹文明李树寒(74)专利代理机构南昌洪达专利事务所36111代理人刘凌峰(51)Int.Cl.B23K20/12(2006.01)B23K20/24(2006.01)B23K103/18(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种提高钛合金/铝合金异种金属搅拌摩擦点焊接头强度的方法(57)摘要本发明公开了一种提高钛合金/铝合金异种金属搅拌摩擦点焊接头强度的方法：首先将表面清理过的钛合金放入熔融铝液的坩埚中，在通有氩气的电阻炉中保温一段时间后匀速取出，在钛合金表面渗一层铝；然后将渗铝后的钛合金置于下层，铝合金放在上层，中间加入薄片状的低熔点中间层；用带针的搅拌头旋转压入，在搅拌针区域实现搅拌摩擦点焊，同时在轴肩区域实现扩散连接。这种方法通过钛合金表面改性，同时加入低熔点中间层，在实现搅拌摩擦点焊的同时利用搅拌头与轴肩摩擦产热熔化中间层来实现钛/铝的扩散连接，从而提高了接头连接强度。本发明的焊接方法连接可靠，工艺简单，在不增加搅拌头直径和轴肩直径的同时，大大增强接头的强度和和疲劳性能。CN106077945ACN106077945A权利要求书1/1页1.一种提高钛合金/铝合金异种金属搅拌摩擦点焊接头强度的方法，其特征在于，至少包括以下几个步骤：（1）首先将钛合金板放入硝酸、氢氟酸的混合溶液中，一段时间后取出，清水冲洗后用丙酮擦拭表面，吹干待用；（2）将经过表面处理后的钛合金板浸入熔融状态中的铝溶液中，780℃温度下保温20min，然后匀速取出；（3）用砂纸打磨铝合金和浸镀铝的钛合金表面后放入氢氧化钠溶液中，再放入硝酸水溶液中，最后用清水冲洗，用丙酮擦拭后吹干；（4）将钛合金板置于下面，铝合金放在上面，中间加入低熔点薄片状中间层，采用带针的搅拌头焊接。2.根据权利要求1所述一种提高钛合金/铝合金异种金属搅拌摩擦点焊接头强度的方法，其特征在于：在所述步骤（2）中，铝液可以为纯铝、铝硅合金、或加入其他元素的铝合金熔液，渗层厚度为20-200μm。3.根据权利要求1所述一种提高钛合金/铝合金异种金属搅拌摩擦点焊接头强度的方法，其特征在于：在所述步骤（4）中，低熔点中间层为纯Zn箔或Zn基、Al基箔片，熔点在400-500℃之间，厚度为0.05-0.2mm。4.根据权利要求1所述一种提高钛合金/铝合金异种金属搅拌摩擦点焊接头强度的方法，其特征在于：搅拌头的转速在400rpm-2000rmp之间，焊接时间为10-50s。5.根据权利要求1所述一种提高钛合金/铝合金异种金属搅拌摩擦点焊接头强度的方法，其特征在于：这里使用的钛合金为TA、TB、TC系列的钛合金，而铝合金则为纯铝、Al-Mg系、Al-Cu-Mg系、Al-Mg-Si系铝合金。2CN106077945A说明书1/3页一种提高钛合金/铝合金异种金属搅拌摩擦点焊接头强度的方法技术领域[0001]本发明涉及一种提高钛合金/铝合金异种金属搅拌摩擦点焊接头强度的方法，属于焊接技术领域。技术背景[0002]在航空发动机和飞机制造业中对“减轻重量，提高推重比，增加有效载荷”的要求越来越高；同时，在汽车制造工业领域中对结构的轻量化设计的趋势也日益突显。钛/铝复合结构由于其具有钛合金的高强度和结构整体的低重量而备受航空航天、汽车行业、武器装备化工能源等领域的青睐。特别是在飞机座椅导轨以及汽车的板式散热器中，都需要采用钛/铝复合结构。钛/铝复合结构的制造过程中，对两种金属的焊接是无法避免的。但是，由于钛、铝化学性质活泼以及它们在晶体结构和物理性能方面的巨大差异，采用传统意义上的熔焊方法难以获得理想的焊接接头。[0003]搅拌摩擦点焊是在搅拌摩擦焊接基础上，新近研究开发的一种创新的焊接技术，主要用于铝合金的焊接，现在逐渐被应用到异种金属的焊接上。搅拌摩擦点焊的焊接接头有两种形式：一种是带退出孔的搅拌摩擦点焊，一种是不带退出孔的搅拌摩擦点焊，两种焊接接头都有各自的优缺点：带有退出孔的搅拌摩擦点焊对设备要求不高，但由于搅拌针的扎入而导致大量金属被挤出，焊接终了搅拌针从焊接工件中拔出形成“匙孔”，影响了接头性能；不带退出孔的搅拌摩擦点焊，点焊接头外观光滑，基本与母材齐平，焊接后不需要进行特殊的焊后处理和加工，但这种方法的主要缺陷是在母材和接头处容易产生孔洞。采用搅拌摩擦点焊焊接钛合金和铝合金的时候，发现强度普遍不高，接头强度的主要依靠搅拌针区域的结合。[0004]钛/铝异种金属搅拌摩擦点焊