防止薄板铝合金搅拌摩擦连接区连接过程中出现减薄效应的方法及装置

摘要

本发明涉及一种制造工艺方法，即先通过熔化方法将实现铺好的纳米粉末熔化在工件连接区表面，然后通过搅拌摩擦连接的搅拌头连接，最后利用上下两个清除表面刀具清除上下两面多余的材料，从而获得两面未减薄且平整、光滑的表面。同时，两个清除表面刀具还起到变形矫正作用，大大提高了连接区的性能。本发明可以很好的抑制1mm以下板材搅拌摩擦连接减薄现象发生，从根本上解决了薄板连接区性能降低问题，大大促进了搅拌摩擦连接技术的应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造工艺方法，即先通过熔化方法将实现铺好的纳米粉末熔化在工件连接区表面，然后通过搅拌摩擦连接的搅拌头连接，最后利用上下两个清除表面刀具清除上下两面多余的材料，从而获得两面未减薄且平整、光滑的表面。同时，两个清除表面刀具还起到变形矫正作用，大大提高了连接区的性能。

背景技术

薄板铝合金(如1毫米以下)搅拌摩擦连接遇到的问题很多，其中之一就是减薄效应，本身连接板材就很薄，而连接过程又出现减薄，这在一定程度上大大削弱了其使用性能。目前国内外关于薄板搅拌摩擦连接区减薄问题研究较少，鲜见相关报刊和论文发表。本发明基于上述原因，从搅拌摩擦连接工艺源头出发，设计出一种适合抑制薄板搅拌摩擦连接减薄的新工艺，这大大促进了搅拌摩擦连接技术的应用。因此，本发明具有重要应用价值。

发明内容

本发明的目的就是针对1mm及以下铝合金板材搅拌摩擦连接区易出现减薄现象的问题，发明一种能保证薄板搅拌摩擦连接区的性能的搅拌摩擦焊方法，同时提供一种相应的焊接装置。

本发明的技术方案之一：

一种防止薄板铝合金搅拌摩擦连接区连接过程中出现减薄效应的方法，

其特征是它包括以下步骤：

首先，在工作台上将两块待连接的工件平铺好，找平位置；

其次，在连接区部位的一面铺上先前配置好的与工件成份相同的纳米粉末并通过固化物质固化在连接区，固化后再在共表面用锡纸封层；然后按相同的方法在工件的另一面表面铺上纳米粉末，用锡纸封层；

第三，将前述准备好的工件放在由两块板材拼连而成的连接用工作台3上，先使工作台3打开一条缝隙以便能通过分别用于对工件两面上的纳米粉末层进行加热熔化的上瞬时加热装置1和下瞬时加热装置2，将工件放在工作台3正中间，然后将上瞬时加热装置1和下瞬时加热装置2通电产生热量熔化锡纸底下的纳米粉末，保证纳米粉末与两块工件粘结在一起；然后合并工作台3，调整好工件位置，利用搅拌头4搅拌连接区域形成工件间的连接；

最后，通过安装在工作台尾部的上下两个清除表面刀具5对连接区存在的多余纳米熔化粉末和少量的飞边物质进行切除，保证连接区上下表面的平整和光滑。

所述的清除表面刀具5由刀片5-1和刀柄5-2组成，刀片5-1形状为月牙形，以便更快更迅速切除多余物质，刀片5-1可以向外和向内进行水平调节，便于切削不同宽度的连接区多余物质。

所述的工件上下两面铺设的纳米粉末层的厚度在0.05~0.07mm之间。

所述的纳米粉末添加有能增强性能的稀土元素，稀土元素的质量占比为0.05~1%。

所述的稀土元素为铱或钽。

所述的上瞬时加热装置1和下瞬时加热装置2瞬时加热温度为650~750℃。

所述的清除表面刀具5只做旋转运动，进给运动由工作台进行；同时上下两个清除表面刀具5旋转方向一致。

本发明的技术方案之二是：

一种防止薄板铝合金搅拌摩擦连接区连接过程中出现减薄效应的装置，其特征是它包括：

一工作台3，该工作台3由能开合的两台面组成，两片台面在进行连接前能在操作机构控制下打开以便供用于对工件上下表面的纳米粉末层进行加以熔化的上瞬时加热装置1和下瞬时加热装置2通过；

一加热装置，该加热装置用于对预先固化在工件连接处两面上的纳米粉末层进行加热固化，它由上瞬时加热装置1和下瞬时加热装置2组成，加热装置的温度可控；

一摩擦焊搅拌头4，该摩擦焊接搅拌头在操纵机构的控制下沿需连接工件的接缝处边转动并移动，最终完成两工作的搅拌摩擦焊接；

一清除表面刀具5，该清除表面刀具5用于对连接结束的工件上下表面多余的纳米粉末及飞边进行清理以保证接缝的光整。

所述的清除表面刀具5由刀片5-1和刀柄5-2组成，刀片5-1形状为月牙形，以便更快更迅速切除多余物质，刀片5-1可以向外和向内进行水平调节，便于切削不同宽度的连接区多余物质。

本发明的有效结果：

本发明可以很好的抑制1mm以下板材搅拌摩擦连接减薄现象发生，从根本上解决了薄板连接区性能降低问题，大大促进了搅拌摩擦连接技术的应用。

附图说明

图1本发明工件上铺纳米粉末和锡纸示意图。

图2本发明上下瞬时加热示意图。

图3本发明搅拌摩擦连接及其表面清除结构示意图。

图4本发明清除表面刀具结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图2和图3所示。

一种防止薄板铝合金搅拌摩擦连接区连接过程中出现减薄效应的连接方法，其具体应用到的装置有上瞬时加热装置1和下瞬时加热装置2、工作台3、搅拌头4和清除表面刀具5，清除表面刀具5在工件上下表面各一个，共2个。

如图1、图2和图3所示，连接的具体步骤如下：

先在工作台上将两块工件平铺好，找平位置，然后在连接区部位铺上先前配置好的纳米粉末并通过固化物质（可采用胶水）固化在连接区，然后表面用锡纸6封层；然后翻过工件7表面，按上述相同的方法，在翻过的表面铺上纳米粉末，然后用锡纸封层，如图1。作台3是由两块板材拼连而成，此时，需打开工作台3一条缝隙能通过图2所示的上瞬时加热装置1和下瞬时加热装置2，将工件放在工作台3正中间，然后将上瞬时加热装置1和下瞬时加热装置2通电产生热量熔化锡纸底下的纳米粉末，保证纳米粉末与两块工件粘结在一起。然后合并工作台3，调整好工件位置，利用搅拌头4搅拌连接区域形成工件间的连接。由于连接区存在多余纳米熔化粉末和少量的飞边物质，此时通过安装在工作台尾部的上下两个清除表面刀具5对其多余的物质进行切除，保证连接区上下表面的平整和光滑，如图3所示。

如图4所示，清除表面刀具5由刀片5-1和刀柄5-2组成，刀片5-1形状为月牙形，以便更快更迅速切除多余物质，刀片5-1可以向外和向内进行水平调节，便于切削不同宽度的连接区多余物质。

如图1和图2所示，所述的上下两面纳米粉末层厚度在0.05~0.07mm之间。同时纳米粉末除与母材成分相同的物质，还增加一些性能增强的稀有元素，如铱、钽，其成分占总量的0.05~1%。上瞬时加热装置1和下瞬时加热装置2瞬时加热温度控制在650~750℃。

如图3所示，所述的清除表面刀具5可只做旋转运动，而进给运动由工作台进行。同时上下两个清除表面刀具5旋转方向一致。

实施例二。

如图2-4所示。

一种防止薄板铝合金搅拌摩擦连接区连接过程中出现减薄效应的装置，它包括：

一工作台3，该工作台3由能开合的两台面组成，两片台面在进行连接前能在操作机构控制下打开以便供用于对工件上下表面的纳米粉末层进行加以熔化的上瞬时加热装置1和下瞬时加热装置2通过；如图3。

一加热装置，该加热装置用于对预先固化在工件连接处两面上的纳米粉末层进行加热固化，它由上瞬时加热装置1和下瞬时加热装置2组成，加热装置的温度可控；如图2所示。

一摩擦焊搅拌头4，该摩擦焊接搅拌头在操纵机构的控制下沿需连接工件的接缝处边转动并移动，最终完成两工作的搅拌摩擦焊接；如图3所示。

一清除表面刀具5，该清除表面刀具5用于对连接结束的工件上下表面多余的纳米粉末及飞边进行清理以保证接缝的光整，清除表面刀具5由刀片5-1和刀柄5-2组成，刀片5-1形状为月牙形，以便更快更迅速切除多余物质，刀片5-1可以向外和向内进行水平调节，便于切削不同宽度的连接区多余物质，如图4所示。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。