本發(fā)明屬于金屬材料攪拌摩擦焊技術領域，具體涉及一種鎂鋁合金/鋁鎂合金復合板攪拌摩擦焊方法。

背景技術：

鎂鋁合金具有密度小、比強度高、比剛度高等優(yōu)點，被譽為“21世紀綠色工程材料”。然而，由于鎂鋁合金高度的化學活潑性使鎂鋁合金結構件的耐腐蝕性能較差，既使室溫下也會在空氣中發(fā)生氧化，在潮濕大氣、海水、無機酸及鹽類等介質中均會引起腐蝕，該應用受到制約。

鋁鎂合金是綠色環(huán)保的工程輕質材料，因其可以形成致密氧化膜，可有效阻止腐蝕發(fā)生，具有優(yōu)良耐蝕性能，廣泛應用于船舶艦艇、海洋工程的油氣儲罐和水下裝備等制造業(yè)。

因此，將鎂鋁合金與耐腐蝕的鋁鎂合金制成層狀金屬復合板，將具有更小的密度、更大的比強度和比剛度、良好的耐腐蝕性能等綜合性能,同時具有質量更輕、價格低廉等優(yōu)點。

目前,層狀金屬復合板焊接主要采用熔化焊接方法，其熔化焊接接頭存在易產生氣孔、晶粒粗大及其抗腐蝕性差等問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鎂鋁合金/鋁鎂合金復合板攪拌摩擦焊方法，可有效地克服現(xiàn)有技術存在的缺點。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，其特征在于操作步驟是：①根據(jù)焊接件鎂鋁合金/鋁鎂合金復合板的覆層厚度h₂與基層厚度h₁之比小于0.15的要求，算出攪拌摩擦焊縫金屬的含鎂量x，x=[1.7h₂（1-x₂）]/(2.7h₁+1.7h₂)，式中h₁為基層厚度, h₂為覆層厚度，x₂為覆層金屬的含鋁量；②根據(jù)鎂鋁合金/鋁鎂合金層狀金屬復合板的基層、覆層的厚度，依據(jù)2014年3月史耀武編寫，機械工業(yè)出版社出版的《新編焊接數(shù)據(jù)資料手冊》確定焊接能量參數(shù)，如攪拌頭的轉速r，攪拌針的尺寸d、h，攪拌頭軸肩尺寸D，焊接速度v；③在攪拌摩擦焊接設備FSW5U的裝置中設置步驟②選定的能量參數(shù)；④將待焊工件裝配固定在攪拌摩擦焊接設備中；⑤進行焊接操作。

本發(fā)明的優(yōu)點及積極效果有：①針對覆層與基層厚度比小于0.15的鎂鋁合金/鋁鎂合金層狀金屬復合板，采用基于焊縫成分控制的鎂鋁合金/鋁鎂合金層狀金屬復合板攪拌摩擦焊接的方法后，使其焊縫金屬為鋁鎂合金，其焊接接頭的耐腐蝕性能達到復合板基層防銹鋁合金水平；②其接頭的抗拉強度提高，接近復合板基層防銹鋁合金強度水平。

附圖說明

圖1 為AZ40M/5A05復合板對接示意圖

圖2 為攪拌頭示意圖

圖中：A——母材甲 B——母材乙

1——覆層 2——基層 3——焊縫

h₁——基層厚度 h₂——覆層厚度

D——攪拌頭軸肩尺寸 h——攪拌針的長度

d——攪拌針的直徑。

具體實施方式

1.如圖1所示為母材甲與母材乙攪拌摩擦焊：

以AZ40M/5A05復合板進行攪拌摩擦焊為例，覆層1厚度h₂=2mm，基層2厚度h₁=18mm，進行攪拌摩擦焊方法，其操作步驟為：

①AZ40M的含鋁量x₂為3.0％，5A05的含鎂量為5.0％，覆層厚度h₂與基層厚度h₁之比為h₂/h₁=2/18=0.11<0.15,按公式x = [1.7h₂(1-x₂)/(2.7h₁+1.7h₂)] 計算出攪拌摩擦焊縫的含鎂量為x=6.4%；

②根據(jù)焊接接頭層狀復合板AZ40M/5A05各組分被攪拌的厚度，依據(jù)2014年3月史耀武編寫，機械工業(yè)出版社出版的《新編焊接數(shù)據(jù)資料手冊》確定焊接能量參數(shù)：攪拌頭轉速為1100r/min，攪拌針尺寸d為8mm、 h為0.2mm，攪拌頭軸肩尺寸D為20mm，焊接速度為160mm/min；

③在攪拌摩擦焊接設備FSW5U的裝置中設置步驟③選定的能量參數(shù)；

④在攪拌摩擦焊機上安裝攪拌摩擦焊接工件；

⑤進行AZ40M/5A05層狀金屬復合板攪拌摩擦焊工藝加工。

本實施例結果表明，焊接接頭抗拉強度達到250MPa；化學成分測試與分析表明，焊縫金屬為含鎂量6.2％的鋁鎂合金金屬；電化學工作站耐海水腐蝕試驗結果表明，AZ40M/5A05復合板攪拌摩擦焊接頭耐海水腐蝕率為0.054μA/cm²，達到復合板基層5A05鋁合金腐蝕率0.047μA/cm²水平。

2. 以母材A與母材B對接為例：AZ80M/5A02復合板進行攪拌摩擦焊。覆層厚度h₂=2mm，基層厚度h₁=20mm，進行攪拌摩擦焊方法，其操作步驟為：

①AZ80M的含鋁量x₂為8.0％，5A02的含鎂量為2.6％，覆層厚度h₂與基層厚度h₁之比h₂/h₁=2/20=0.1<0.15, 按公式x=[1.7h₂(1-x₂)/(2.7h₁+1.7h₂)] 計算出攪拌摩擦焊縫的含鎂量為x =5.4%；

②根據(jù)焊接接頭層狀金屬復合板AZ80M/5A02各組分被攪拌的厚度，依據(jù)2014年3月史耀武編寫，機械工業(yè)出版社出版的《新編焊接數(shù)據(jù)資料手冊》，確定焊接能量參數(shù)：攪拌頭的轉速為1150r/min，攪拌針尺寸d為10mm、 h為0.2mm，攪拌頭軸肩尺寸D為22mm，焊接速度為140mm/min；

③在攪拌摩擦焊接設備FSW5U的裝置中設置步驟②的能量參數(shù)；

④在攪拌摩擦焊機上安裝攪拌摩擦焊接工件；

⑤進行AZ80M/5A02層狀金屬復合板攪拌摩擦焊工藝加工。

本實施例結果表明，焊接接頭抗拉強度達到180MPa；化學成分測試與分析表明，焊縫金屬為含鎂量5.2％的鋁鎂合金金屬；電化學工作站耐海水腐蝕實驗表明，AZ80M/5A02層狀金屬復合板攪拌摩擦焊接頭耐海水腐蝕率為0.05μA/cm²，達到復合板基層5A02鋁合金腐蝕率0.044μA/cm²水平。