專利名稱：攪拌摩擦焊接專用攪拌頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種攪拌頭，特別是一種攪拌摩擦焊接專用攪拌頭。
背景技術(shù)：
異種金屬的連接是現(xiàn)代制造業(yè)的熱門課題。尤其是具有互補的物化特性，以鋁合 金、鎂合金為代表的比重小、導熱快的低熔點金屬與不銹鋼等耐腐蝕性好、耐高溫氧化及強 度高的高熔點金屬的復合連接技術(shù)更是關(guān)注的焦點。鋁及鋁合金與不銹鋼的連接結(jié)構(gòu)在工 業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都有著非常廣泛的應用，如航天推進器的導管結(jié)構(gòu)、熱管結(jié)構(gòu)、鋁合金 與不銹鋼筒體結(jié)構(gòu)、高壓鍋中不銹鋼與鋁合金鍋底結(jié)構(gòu)等。然而，無論在熱物理性能，如熔 點、熱導率、線膨脹系數(shù)等方面，還是在材料力學性能方面差異較大而導致的異質(zhì)金屬連接 困難、接頭性能差一直都是研究的核心點。參照圖3，公知的攪拌頭是圓臺結(jié)構(gòu)，由軸根1和軸肩2組合而成，攪拌面3是平文獻“鋁合金與不銹鋼的過渡層釬焊，呂學勤，楊尚磊，吳毅雄，石忠賢，《焊接學 報》，2004，25(1) :95-102”公開了一種鋁合金與不銹鋼的過渡層釬焊方法，該方法采用Ni/ Cu過渡層對LF3鋁合金與0Crl8Ni9不銹鋼進行釬焊，方法是打磨清理不銹鋼待焊表面后， 用電刷鍍特殊鍍M液和快速鍍Cu液依次在活化后的不銹鋼面上刷鍍Ni、Cu層，實現(xiàn)了 鋁合金與不銹鋼的大面積面-面焊接，但由于有釬縫界面有大量脆性化合物生成，且較厚 的鍍層增加了鍍層的內(nèi)應力和微裂紋，不利于接頭的可靠結(jié)合，只得到了剪切強度為M 35Mpa的接頭；接頭強度只均有母材的30 45% ；且對焊件待焊表面的制備和裝配要求較 高，焊接熱循環(huán)周期長，一般需要幾十分鐘到幾十小時，生產(chǎn)率低，制造成本較高；需要在真 空或保護氣氛下同時加熱加壓，需使用專用設(shè)備，投資大，焊件尺寸受到設(shè)備容量限制。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有鋁合金與不銹鋼的過渡層釬焊方法形成的接頭剪切強度低的不足， 本實用新型提供一種攪拌摩擦焊接專用攪拌頭，利用其攪拌面的圓環(huán)凹面，摩擦產(chǎn)熱使金 屬材料塑性化，并利用硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)銼的切削作用，在短時間內(nèi)清理硬金屬表面，以及強烈 的塑性變形使兩種金屬界面接觸面積增大，可以提高鋁合金與不銹鋼接頭的剪切強度。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案一種攪拌摩擦焊接專用攪拌頭， 由軸根1和軸肩2組合而成，其特點是所述軸肩2上的攪拌面3是圓環(huán)凹面，在軸肩2的軸 芯處鑲嵌有旋轉(zhuǎn)銼4。所述旋轉(zhuǎn)銼4的材料是硬質(zhì)合金。本實用新型的有益效果是由于采用專門設(shè)計攪拌頭，利用其攪拌面的圓環(huán)凹面， 摩擦產(chǎn)熱使金屬材料塑性化，并利用硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)銼的切削作用，在短時間內(nèi)清理硬金屬 表面，以及強烈的塑性變形使兩種金屬界面接觸面積增大，使鋁合金與ICrlSNiOTi不銹鋼 接頭的剪切強度由現(xiàn)有技術(shù)的M 35Mpa提高到75 98Mpa。[0009]
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作詳細說明。
圖1是本實用新型摩擦焊接用攪拌頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型方法焊接過程示意圖。圖3是背景技術(shù)摩擦焊接用攪拌頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-軸根，2-軸肩，3-攪拌面，4-旋轉(zhuǎn)銼，5-切面，6-鋁合金，7-lCrl8Ni9Ti不 銹鋼。
具體實施方式
以下實施例參照圖1 2。實施例1 攪拌摩擦焊接專用攪拌頭，由軸根1和軸肩2組合而成，攪拌面3是圓環(huán) 凹面，在軸肩2的軸芯鑲嵌有旋轉(zhuǎn)銼4，旋轉(zhuǎn)銼4由硬質(zhì)合金材料制成。軸肩直徑Φ25πιπι， 旋轉(zhuǎn)銼直徑Φ 6mm。實施例2 :1060鋁合金與lCrl8Ni9Ti不銹鋼的攪拌摩擦焊接方法。打磨清理1060鋁合金6和ICrlSNiOTi不銹鋼7的待連接面，并用丙酮進行超聲波 清洗，以去除油污，保證待連接表面干凈；將2. 7mm厚的1060鋁合金6水平放在lCrl8Ni9Ti 不銹鋼7上面形成切面5，并將其一起固定在水平工作臺上；將專用攪拌頭軸根1裝夾于攪 拌摩擦焊機上，選擇參數(shù)專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度950rpm、前進速度60 300mm/min。開機， 專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)并逐漸緩慢將旋轉(zhuǎn)銼4插入1060鋁合金6中，旋轉(zhuǎn)銼4的長度設(shè)計為當表 面有0. 5mm的下壓量時，旋轉(zhuǎn)銼4底部進入lCrl8Ni9Ti不銹鋼7中0. 3mm ；平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)后工 作臺水平勻速移動，形成焊縫。連接后，利用掃描電鏡對接頭組織形貌進行觀察，界面上不存在任何缺陷與空洞； 經(jīng)過對焊接后的1060鋁合金/ICrlSNiOTi不銹鋼接頭用拉剪方式進行強度測試，其剪切強 度為79 89Mpa。實施例3 6061鋁合金與lCrl8Ni9Ti不銹鋼的攪拌摩擦焊接方法。打磨清理6061鋁合金6和ICrlSNiOTi不銹鋼7的待連接面，并用丙酮進行超聲波 清洗，以去除油污，保證待連接表面干凈；將2. 7mm厚的6061鋁合金6水平放在lCrl8Ni9Ti 不銹鋼7上面形成切面5，并將其一起固定在水平工作臺上；將專用攪拌頭軸根1裝夾于攪 拌摩擦焊機上，選擇參數(shù)專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度950rpm、前進速度60 300mm/min。開機， 專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)并逐漸緩慢將旋轉(zhuǎn)銼4插入6061鋁合金6中，旋轉(zhuǎn)銼4的長度設(shè)計為當表 面有0. 5mm的下壓量時，旋轉(zhuǎn)銼4底部進入lCrl8Ni9Ti不銹鋼7中0. 3mm ；平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)后工 作臺水平勻速移動，形成焊縫。連接后，利用掃描電鏡對接頭組織形貌進行觀察，界面上不存在任何缺陷與空洞； 經(jīng)過對焊接后的6061鋁合金/ICrlSNiOTi不銹鋼接頭用拉剪方式進行強度測試，其剪切強 度為89 97Mpa。實施例4 2024鋁合金與lCrl8Ni9Ti不銹鋼的攪拌摩擦焊接方法。打磨清理20M鋁合金6和ICrlSNiOTi不銹鋼7的待連接面，并用丙酮進行超聲波 清洗，以去除油污，保證待連接表面干凈；將2. 7mm厚的20M鋁合金6水平放在lCrl8Ni9Ti4不銹鋼7上面形成切面5，并將其一起固定在水平工作臺上；將專用攪拌頭軸根1裝夾于攪 拌摩擦焊機上，選擇參數(shù)專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度950rpm、前進速度60 300mm/min。開機， 專用攪拌頭旋轉(zhuǎn)并逐漸緩慢將旋轉(zhuǎn)銼4插入20M鋁合金6中，旋轉(zhuǎn)銼4的長度設(shè)計為當表 面有0. 5mm的下壓量時，旋轉(zhuǎn)銼4底部進入lCrl8Ni9Ti不銹鋼7中0. 3mm ；平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)后工 作臺水平勻速移動，形成焊縫。 連接后，利用掃描電鏡對接頭組織形貌進行觀察，界面上不存在任何缺陷與空洞； 經(jīng)過對焊接后的20M鋁合金/ICrlSNiOTi不銹鋼接頭用拉剪方式進行強度測試，其剪切強 度為87 98Mpa。
權(quán)利要求1.一種攪拌摩擦焊接專用攪拌頭，由軸根(1)和軸肩( 組合而成，其特征在于所述 軸肩( 上的攪拌面C3)是圓環(huán)凹面，在軸肩( 的軸芯處鑲嵌有旋轉(zhuǎn)銼G)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的專用攪拌頭，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)銼的材料是硬質(zhì)合金。
專利摘要本實用新型公開了一種攪拌摩擦焊接專用攪拌頭，用于解決現(xiàn)有的鋁合金與不銹鋼的過渡層釬焊方法形成的接頭剪切強度低的技術(shù)問題。技術(shù)方案是攪拌頭由軸根(1)和軸肩(2)組合而成，所述軸肩(2)上的攪拌面(3)是圓環(huán)凹面，在軸肩(2)的軸芯處鑲嵌有旋轉(zhuǎn)銼(4)。采用專用攪拌頭，利用其攪拌面的圓環(huán)凹面，摩擦產(chǎn)熱使金屬材料塑性化，并利用硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)銼的切削作用，在短時間內(nèi)清理硬金屬表面，以及強烈的塑性變形使兩種金屬界面接觸面積增大，使鋁合金與1Cr18Ni9Ti不銹鋼接頭的剪切強度由現(xiàn)有技術(shù)的24～35MPa提高到75～98MPa。
文檔編號B23K20/12GK201833113SQ201020572158
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者張賦升, 李京龍, 熊江濤, 魏艷妮 申請人:西北工業(yè)大學