搅拌摩擦钎焊及其在异种金属搭接焊与复合板制备中的应用

目的克服搅拌摩擦搭接焊(FSLW)焊道狭窄、界面钩型缺陷、匙孔及工具磨损的问题。方法开发了采用无针工具并预置钎料的搅拌摩擦钎焊(FSB)新工艺。综述了FSB要点、优点及主要应用场合。结果FSB利用母材向钎料中的快速溶解替代塑性变形,降低了通过塑性流动实现上下界面混合的苛求。FSB综合了FSW方法的机械去膜、钎焊方法的焊接面积宽大的优点,尤其是可利用双重机制--钎料的冶金作用(共晶反应)及旋转轴肩的力学作用实现界面去膜,并大幅拓宽单道焊合宽度至轴肩直径,故可在大气环境下利用摩擦实现宽幅高效焊接。结论 FSB可用于在大气环境下,实现Al/X与Cu/X异种金属大面积搭接焊、选区复合(比爆炸复合的优点)、复合板与复合管制备等。

铝(铜)/不锈钢异种金属大直径搅拌摩擦钎焊界面组织特征与工具的去膜效果

为了同时消除搅拌摩擦搭接焊过程中搅拌针的磨损与匙孔、增大单次焊道的焊合面积,开发了无针工具并预置钎料的搅拌摩擦钎焊(FSB)新工艺。为进一步证明FSB可利用旋转工具借助机械途径破除界面氧化膜、改善润湿性,选折了表面氧化膜难破除的不锈钢(SUS)作为下板的两种异质金属组合(Al/SUS与Cu/SUS),采用Φ40 mm大直径无针工具与Zn箔钎料施焊。微观组织分析发现,Al/SUS组合在不锈钢界面侧形成了6～7μm连续金属间化合物层,并在Al侧形成了约20μm混有少量粒状物(含Fe)的混合层;特别是铜作上板的Cu/SUS组合,众多粒径约2μm不锈钢微粒被搅拌混入上板Cu材中,形成厚约5μm的复合材料式界面层。上述结果表明, FSB无针工具在直接搅拌上板表面的同时,又能间接搅拌焊接界面以破除界面氧化膜;同时界面处的搅拌破膜效果与上板的软化程度、屈服强度等因素有关。