一種摩擦攪拌方法包括使摩擦攪拌工具的旋轉探針（１）進入一個工件或一對工件（８９）之間的接縫，所述或每個工件為低傳導率高熔點金屬或金屬合金。探針（１）從與工件接觸的一個肩部（４）延伸或者在與工件接觸的多個肩部之間延伸，并相對于所述或每個肩部旋轉。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】摩擦攪拌方法和通過該方法接合的一對工件本專利技術涉及用于接合或處理低傳導率高溫金屬和金屬合金的摩擦 攪拌方法。在本文中，我們將"高溫金屬和金屬合金"定義為熔化溫度高于鋁的熔化溫度即高于700。C的金屬和金屬合金。我們將"低傳導率金 屬和金屬合金"定義為熱傳導率小于鋁的熱傳導率的金屬和金屬合金， 其熱傳導率一般小于250W/m K，優選低于150 W/m K,最優選低于 100W/m K。高溫低傳導率金屬和金屬合金具有高熔點和高強度，并且 通常包括鐵合金以及含一定量的鎳、鈷、鉻、鉬、鴒、鋁、鈦、鈮、 鉭、錸和鋯的材料。這些材料類型中的一些可被稱為超耐熱合金。它 們也包括鈦合金，其廣泛用于高性能航空航天應用和其他應用。低傳導率高溫金屬及金屬合金傳統上通過熔合方法接合，但已經 認知到的是，使用摩擦攪拌焊接(FSW)對其進行接合是有利的。摩擦攪拌焊接是一種如下方法，其中，使由比工件材料更硬的材部分，同時引起探針和工件之間的相對循環運動(例如旋轉、軌道或 往復運動)，從而產生摩擦熱以使得該相對部分處于可塑狀態；可選 地引起工件和探針之間在接合區域的方向上的相對運動；移除探針； 并允許可塑部分將工件合并和接合在一起。在EP-A-0615480和WO 95/26254中描述了摩擦攪拌焊接的例子。摩擦攪拌焊接的益處，尤其是相比于傳統熔焊技術的益處，已經 在現有技術中得到廣泛介紹。這些益處包括不需要消耗物或裝填物、 長焊縫中的變形小、準備工作很少、固相(無煙、氣孔或濺潑，熱輸 入較低，并且避免熔融焊接熔池的固化)、優良的機械性能以及接合 的成形特性。摩擦攪拌工具也可用于處理單個工件。在摩擦攪拌處理(FSP )中， 將通常用于FSW的工具移動通過單個工件的材料以引發該材料性質的 改變，而并不沿著接合線移動來構建悍縫。所述工具的熱機械再加工操作可導致在微觀結構、物理性質(塑性行為、強度等等)和化學性質(抗腐蝕性等等)的特定局部變化。FSP也已經被用于合并和修復 鑄件和其他結構，從而有助于去除氣孔并改進例如汽缸蓋鑄件中的通 道/端口周圍的特性。在US 6712916B 、 EP-A-1160029 、 JP 2005-324240A、 US 2006-0032891A和US 6994916B中可發現FSP的例 子。摩擦攪拌工具通常包括簡單的圓柱形或略微錐形的探針或"針狀 物(pin)",該探針或"針狀物，，從直徑較大的平坦形、半球形或錐 形的肩部突出。此類型的工具的典型例子描述于GB-A-2306366中。簡 單的針狀工具的許多變型在現有技術中是已知的。另 一種從現有技術 已知的常見類型的工具凈皮稱為"線軸工具(bobbin tool)"，如 EP-A-0615480中所述。這種類型的工具克服了對襯墊元件的需要，該 襯墊元件經常被需要用來對由工具在工件上的作用所產生的力進行反 作用。已知工具的其他例子，包括帶有紋理表面、帶螺紋和凹槽的針狀 物的工具，包含可互換的針狀物和肩部以及才艮據應用包含不同材料組 合的工具。這些工具的示例可見于WO 95/26254、 WO 02/092273、 US 6277430B1、 WO 99/52669、 EP—A—1361014、 US 6676004B1以及i午多其 他文獻。一般使用摩擦攪拌焊接接合的典型工件材料具有低的熔化溫度， 并且在本文中通常稱為低溫金屬或材料。這些材料中最普遍的可摩擦 攪拌焊接的材料為基于鋁、鎂、銅、鉛和其他類似材料的金屬。在通過摩擦攪拌焊接對高溫材料進行接合方面，已經進行了大量 工作，取得了不同程度的成功。當對高溫材料進行摩擦攪拌焊接時存 在的一個主要問題是選擇正確的工具材料，傳統上是使用難熔金屬或 陶瓷材料。WO 99/52669考慮將純鴒、鴒錸合金和碳化鎢用于鐵材料；將鈷 材料、陶瓷或合金陶瓷材料用于其他高溫應用。WO 01/85385涉及使用工具對MMC、鐵合金、非鐵合金和超耐熱合 金進行摩擦攪拌焊接，在該工具中針狀物和肩部至少包括由超研磨材 料構成的涂層。這種材料通常為聚晶立方氮化硼(PCBN)。GB 2402905描述了一種由基于鴒的難熔材料制成的工具，可用于 焊接諸如鎳合金和鈦合金這樣的高強度材料。在某些Ti等級的接合方面，使用標準幾何外形的W-Re工具已經 實現了合理的焊接質量，不過有報告稱，采用這種工具類型，出現了 在焊縫頂部和底部之間的熱不平衡、由于高的肩部速度而引起的與閃 弧(flashing )有關的條蟲狀氣孔缺陷和問題以及變形。("An overview of frict'ion stir welding Beta 21S Titanium (對摩擦 攪拌焊接Beta 21S鈥的概觀)，，，Loftus等人，5th FSW Sympos ium， Metz 2004。)。在該論文中還提出了克服此缺陷的方法，包括使用線軸工 具來平衡熱輸入。US-A-2003/0201307描述了摩擦攪拌焊接工具的又一例子，其中， 探針在兩個肩部之間延伸，其中一個肩部隨著探針旋轉，而另一肩部 獨立于探針旋轉。這就允許通過肩部應用不同的表面加熱速度，這在當使用現有技術中提到的工具來對高溫材料進行摩擦攪拌焊接和 處理時，顯現出各種問題，尤其是使工具材料退化一一這通常歸因于 在對這些高溫材料進行摩擦攪拌焊接和處理期間產生的高熱量和應 力。如在Loftus等人的論文中指出的，在控制高溫材料中的熱輸入時 也產生問題，不僅由于工具的過熱，還由于工件的過熱以及整個焊縫 輪廓上的熱不平衡，這可導致較差的接合性能。在某些高溫材料中，由工具^部的相對較大的摩擦表面所提供的高熱輸入:盡管^工具冷卻的嘗試在延長工具的壽命方面已經取得了成功，然而它們對接合特 性卻僅僅具有有限的影響。減小工具的肩部的直徑，可以減小熱輸入， 但還會導致材料合并不充分且導致產生大量閃光(Hash)。根據本專利技術的第一方面， 一種摩擦攪拌方法包括使摩擦攪拌工具 的旋轉探針進入一個工件或一對工件之間的接合區域，所述工件或者 每個工件為低傳導率高熔點的金屬或金屬合金，其中所述探針從與所 述工件接觸的單個肩部延伸，并相對于所述肩部旋轉。根據本專利技術的第二方面， 一種摩擦攪拌方法包括使摩擦攪拌工具的旋轉探針進入一個工件或一對工件之間的接合區域，所述工件或者 每個工件位于與所述工件的相對側接觸的第一和第二肩部之間，并相對于這兩個肩部旋轉。我們已經對高溫材料尤其是金屬的FSW進行了詳細研究，并且注 意到，結果表明最嚴重的問題是在這些高溫低傳導率材料中產生過量 的熱。由FSW工具產生的熱趨向于保持定位在焊接區域周圍，這可能 導致工件材料的過熱。甚至減小肩部的直徑(以減小表面熱輸入)也并未克服表面過熱 的問題。然而，采用本專利技術，可以在保持足夠的混合和合并作用的同 時控制熱輸入。因此，在本專利技術中，探針獨立于任一肩部旋轉。這是因為，為了 接合低傳導率高溫材料，極為有利的是，在表面加熱源和內部加熱源 之間不存在直接的依存關系，例如在使用具有任意固定探針/肩部方面 的摩擦攪拌焊接工具時存在的直接的依存關系。 一個肩部(或多個肩 部)與探針的完全旋轉分離允許將熱輸入獨立提供給材料和提供為穿 過材料。具體地，通過針狀物引入足夠的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種摩擦攪拌方法，包括使摩擦攪拌工具的旋轉探針進入一個工件或一對工件之間的接合區域，所述工件或者每個工件為低傳導率高熔點金屬或金屬合金，其中所述探針從與所述工件接觸的單個肩部延伸，并相對于所述肩部旋轉。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：MJ拉塞爾，NL霍拉克斯，AC阿迪森，
申請(專利權)人：焊接研究院，
類型：發明
國別省市：GB[英國]
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