一种铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法技术

本发明专利技术提供了一种铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法，包括前期处理工序、摩擦搭接焊接装夹工序和摩擦搭接焊工序；其中，摩擦搭接焊接装夹工序是指：将铝合金板材和ABS树脂板材搭接夹紧于焊具工作台夹具上；焊具为带有无针型焊接搅拌头的搅拌摩擦焊设备；摩擦搭接焊工序是指：启动焊具，调整焊具主轴使无针型焊接搅拌头垂直于铝合金板材，无针型焊接搅拌头旋转压入铝合金板材，直至达到设定下压深度；之后无针型焊接搅拌头保持设定下压深度、在旋转状态下以恒定进给速度在铝合金板材表面焊接区移动。该方法可实现铝合金与ABS材料之间焊接，参数设定简单，操作便捷，焊接接头质量良好。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法
本专利技术涉及焊接
，更具体地说，涉及一种铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法。
技术介绍
丁二烯-丙烯腈-苯乙烯((C8H8·C4H6·C3H3N)x)简称ABS，是非结晶性树脂材料，熔点为170℃，热分解温度为260℃，具有较高的机械强度和良好的综合性能，属于“通用塑料”。ABS易吸湿，收缩率低，尺寸稳定，易加工成型，具有良好的加工性能，高光滑度，较低的成本，性能之间的平衡决定了ABS广阔的使用前景。铝合金作为合金，具有重量轻，强度高，耐腐蚀，不易氧化以及易成形等特性，在汽车，航空航天等领域具有重要的应用。热塑性树脂-轻质金属复合结构越来越多地应用于汽车，航空航天和电子工业，这些结构具有较高的强度重量比，优异的耐腐蚀性，隔热和电气绝缘性能以及设计灵活性，因此这种结构具有很大的吸引力。然而热塑性树脂和金属的直接连接是困难的，因为它们的化学和物理性质具有很大差异。粘接和机械紧固是热塑性树脂材料与金属连接的传统工艺.然而这些技术会带来诸如环境污染，较长的加工时间，接头强度不足，应力集中等缺点。激光焊和电子束焊属于熔焊，容易出现气孔，裂纹，偏析和脆性相。钎焊的钎料需要专门研制，接头强度受到钎料的影响，强度偏低，且不能用于高温环境。固相扩散焊焊接时间长，生产效率低，脆性相的生成受焊接温度和时间影响很大。针对热塑性树脂和金属的摩擦点焊接近些年也得到了研究，但在实施过程中设置参数较为复杂，且摩擦点焊的焊接接头也会受到尺寸和形状等的限制。因此，现亟待设计出一种可实现铝合金与ABS树脂材料焊接、参数设定简单、操作便捷、焊接接头质量良好的方法。
技术实现思路
为克服现有技术中的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法；该方法可实现铝合金与ABS材料之间焊接，参数设定简单，操作便捷，焊接接头质量良好。为了达到上述目的，本专利技术通过下述技术方案予以实现：一种铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法，其特征在于：包括依次执行的前期处理工序、摩擦搭接焊接装夹工序和摩擦搭接焊工序；其中，所述前期处理工序是指：分别对铝合金板材和ABS树脂板材进行前期处理，使铝合金板材和ABS树脂板材的规格形状相匹配；去除铝合金板材焊接面的氧化层；对铝合金板材和ABS树脂板材进行清洗与烘干；所述摩擦搭接焊接装夹工序是指：将铝合金板材和ABS树脂板材搭接夹紧于焊具工作台夹具上；其中铝合金板材位于上方，ABS树脂板材位于下方；所述焊具为带有无针型焊接搅拌头的搅拌摩擦焊设备；所述摩擦搭接焊工序是指：启动焊具，调整焊具主轴使无针型焊接搅拌头垂直于铝合金板材，无针型焊接搅拌头旋转压入铝合金板材，直至无针型焊接搅拌头的轴肩最底端压入铝合金板材表面达到设定下压深度；之后无针型焊接搅拌头保持设定下压深度、在旋转状态下以恒定进给速度在铝合金板材表面焊接区移动，使热量从被加热的铝合金板材表面传递到ABS树脂板材与铝合金板材搭接处，ABS树脂板材形成一个狭窄熔化区域，熔化后的ABS树脂在与铝合金板材接触产生的压力下凝固，以实现铝合金板材与ABS树脂板材之间焊接。本专利技术摩擦搭接焊方法可以采用搅拌摩擦焊设备实施，利用焊接搅拌头与铝合金板材表面摩擦产生热能，将可以重复使用的焊接搅拌头压入铝合金板材表面并沿铝合金板材与ABS树脂板材重叠的区域移动，在加热连接材料的同时，对连接界面施加压力。搅拌摩擦焊设备的焊接搅拌头中带有一个搅拌探针来帮助物质流动，本专利技术摩擦搭接焊的焊接搅拌头不设有搅拌探针，采用无针型焊接搅拌头。本专利技术中，热量从被加热的铝合金板材表面传递到ABS树脂板材与铝合金板材搭接处，ABS树脂板材形成一个狭窄熔化区域，熔化后的ABS树脂在与铝合金板材接触产生的压力下凝固，以实现铝合金板材与ABS树脂板材之间焊接。因此，本专利技术可形成高强度焊接接头，且不会对基础材料、焊接设备和对接头几何形状的设计造成任何损害，同时需要设置的参数少，对环境无污染，应用前景广阔。优选地，所述摩擦搭接焊前装夹工序中，铝合金板材与ABS树脂板材的搭接宽度范围为5～100mm。优选地，所述摩擦搭接焊工序中，设定焊接搅拌头的转速范围为800～5000rpm，设定下压深度的取值范围为0.1～1mm，恒定进给速度的取值范围为50～600mm/min。焊接搅拌头的设定下压深度为0.1～1mm，既保证了焊接过程中焊接的稳定性，同时增强了热量的传导，有益于ABS树脂材料的快速熔化，提高了焊接质量。将恒定进给速度设定在50～600mm/min，解决了ABS树脂材料熔点与分解温度相隔较小从而导致加工温度窗口小的问题，将焊接过程的焊接界面温度保持在ABS树脂材料熔点与分解温度之间，既避免了焊接温度过高导致ABS树脂材料受热分解产生气泡孔洞损害焊接接头强度，又避免了焊接温度过低，ABS树脂材料无法熔化导致焊接失败。优选地，所述摩擦搭接焊的环境条件为：环境温度保持在25～35℃，湿度保持在35％～45％；所述无针型焊接搅拌头的材料为H13钢，轴肩直径范围为5～30mm。优选地，还包括焊接效果评估工序；所述焊接效果评估工序是指：对摩擦搭接焊形成的焊接接头进行质量评估。优选地，所述焊接效果评估工序中，质量评估方法是指：记录摩擦搭接焊工序进行过程中铝合金板材与ABS树脂板材焊接界面的温度数据；在摩擦搭接焊工序后，截取部分焊接接头试样制样，进行力学拉剪试验；另外截取焊接接头试样进行试样冷镶嵌，之后进行研磨抛光，并进行焊接接头的微观结构评估。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点与有益效果：1、本专利技术利用现有的搅拌摩擦焊设备通过简单更换焊接搅拌头后即可实现铝合金与ABS树脂材料的摩擦搭接焊操作，焊接装置简单，同时焊接设定参数少，焊接环境要求较低，大幅降低了焊接投资，同时提高了焊接效率；2、本专利技术解决了ABS树脂材料进行摩擦焊接时易受热分解产生气泡孔洞，从而降低焊接接头质量的问题；在保证焊接效率的同时，大幅减少了焊接接头气泡孔洞的产生，得到了具有较高质量的铝合金与ABS的焊接接头；3、本专利技术摩擦搭接焊属于低温焊接技术，在合理的参数下不会因为温度过高而使焊缝处产生大量气泡从而影响到焊接接头的强度；同时焊接温度低，为焊接材料损害小，在得到外观美观的焊接接头同时，不会对环境产生任何污染。附图说明图1是本专利技术铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法的流程图；图2是实施例二铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法的工艺示意图；图3是实施例二铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法的制作力学拉剪试验试样的制样示意图；图4是实施例二铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法的焊接接头横截面的扫描电镜图；图5是实施例三铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法的焊接接头横截面的扫描电镜图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细的描述。实施例一本实施例一种铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法，其特征在于：包括依次执行的前期处理工序、摩擦搭接焊接装夹工序和摩擦搭接焊工序；其中，/n所述前期处理工序是指：分别对铝合金板材和ABS树脂板材进行前期处理，使铝合金板材和ABS树脂板材的规格形状相匹配；去除铝合金板材焊接面的氧化层；对铝合金板材和ABS树脂板材进行清洗与烘干；/n所述摩擦搭接焊接装夹工序是指：将铝合金板材和ABS树脂板材搭接夹紧于焊具工作台夹具上；其中铝合金板材位于上方，ABS树脂板材位于下方；所述焊具为带有无针型焊接搅拌头的搅拌摩擦焊设备；/n所述摩擦搭接焊工序是指：启动焊具，调整焊具主轴使无针型焊接搅拌头垂直于铝合金板材，无针型焊接搅拌头旋转压入铝合金板材，直至无针型焊接搅拌头的轴肩最底端压入铝合金板材表面达到设定下压深度；之后无针型焊接搅拌头保持设定下压深度、在旋转状态下以恒定进给速度在铝合金板材表面焊接区移动，使热量从被加热的铝合金板材表面传递到ABS树脂板材与铝合金板材搭接处，ABS树脂板材形成一个狭窄熔化区域，熔化后的ABS树脂在与铝合金板材接触产生的压力下凝固，以实现铝合金板材与ABS树脂板材之间焊接。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法，其特征在于：包括依次执行的前期处理工序、摩擦搭接焊接装夹工序和摩擦搭接焊工序；其中，
所述前期处理工序是指：分别对铝合金板材和ABS树脂板材进行前期处理，使铝合金板材和ABS树脂板材的规格形状相匹配；去除铝合金板材焊接面的氧化层；对铝合金板材和ABS树脂板材进行清洗与烘干；
所述摩擦搭接焊接装夹工序是指：将铝合金板材和ABS树脂板材搭接夹紧于焊具工作台夹具上；其中铝合金板材位于上方，ABS树脂板材位于下方；所述焊具为带有无针型焊接搅拌头的搅拌摩擦焊设备；
所述摩擦搭接焊工序是指：启动焊具，调整焊具主轴使无针型焊接搅拌头垂直于铝合金板材，无针型焊接搅拌头旋转压入铝合金板材，直至无针型焊接搅拌头的轴肩最底端压入铝合金板材表面达到设定下压深度；之后无针型焊接搅拌头保持设定下压深度、在旋转状态下以恒定进给速度在铝合金板材表面焊接区移动，使热量从被加热的铝合金板材表面传递到ABS树脂板材与铝合金板材搭接处，ABS树脂板材形成一个狭窄熔化区域，熔化后的ABS树脂在与铝合金板材接触产生的压力下凝固，以实现铝合金板材与ABS树脂板材之间焊接。


2.根据权利要求1所述的铝合金与ABS材料摩擦搭接焊方法，其特征在于：所述摩擦搭接焊前...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐孟嘉，刘博生，王振民，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44