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【发明内容】
[0026] 本发明的目的在于解决在铜表面摩擦进行铜/铝组合的搅拌摩擦钎焊时存在的一 系列问题：（1)表面成形差(使用Sn钎料时焊道不光滑、有大小不等的溶蚀坑与表面裂纹）、 (2)界面组织有裂纹(Zn钎料）、（3)断裂载荷低(使用Zn钎料制样时接头即自行开裂;使用Sn 钎料断口光滑）、（4)钎料及其预清洁处理耗材又耗时等。为此，本发明提出一种用于异种金 属搭接的免用钎料的搅拌摩擦共晶反应焊方法，其原则性思路与具体技术方案如下。
[0027] 原则性思路:在多个共晶反应并存(两种母材之间有共晶反应、钎料与母材之间有 二元或三元共晶反应、母材溶解剧烈）、且这些共晶液相凝固后会形成脆性金属间化合物 (两种母材、任一与钎料会形成二元或三元脆性金属间化合物）的情况下，优选共晶温度较 高的反应，这样在摩擦加热界面温度有限（或一定）的情况下，能减少界面生成液相的总量 及液相自身的过熔度(指界面实际焊接温度高于共晶温度之间的差值），从而一方面减轻对 母材的溶解而改善表面成形，另一方面降低对挤出液相所需的挤压力的苛求，或在施加挤 压力挤出液相时，使界面最终残留液相的量足够少，由此可大幅减小界面脆性頂C的总厚 度。
[0028]特别当采用无专门加压系统的搅拌摩擦焊机时，本发明提出的"搅拌摩擦共晶反 应焊"在解决上述问题方面更具明显优势。当搅拌摩擦焊机无专门加压的子系统时，挤压力 主要依靠下压量约束下的弹性膨胀接触压力获得(这时工具不仅是热源而且是力源）。在下 压量一定时（即工作台和搅拌工具的相对位置被固定），当界面因钎料熔化或共晶反应出现 液相而使母材发生溶解时，搅拌工具对界面的接触压力自动减小，而且接触压力减小的程 度随着母材溶解量的增加而增大；另一方面受制于工作台和搅拌工具的相对位置固定，挤 压力无法补充，故当母材溶解量较多时，界面上残留的液相多，凝固后界面上共晶层增厚。 因此，在能达到共晶反应温度的条件下，要选择共晶温度高，共晶液相产生量少的共晶反应 组合。这就是当必须把高熔点母材(铜)作为上板(摩擦板）、低熔点的母材(铝)作为下板工 况下，搅拌摩擦共晶反应焊比采用低熔点钎料的搅拌摩擦钎焊在抑制共晶组织生成量及其 残留量方面的优势。
[0029]具体技术方案：
[0030] (1)本发明中所选取的待复合板材A和板材B之间要能发生共晶反应。
[0031] (2)对具有共晶反应的母材搭接组合，为获得较高的弹性接触压力与界面温度(要 求在最低共晶反应温度之上），装配时根据板材A以及板材B的屈服强度差异，将屈服强度较 高的板材作为与搅拌工具轴肩相接触的上板。高屈服强度者母材(对应熔点也较高)与工具 端部之间的弹性接触压力较大(上板强度高不易屈服），可提高摩擦热，使界面温度至共晶 温度之上，即使对于有多个共晶反应的合金系也能优先诱发共晶温度较高的共晶反应，确 保两种母材都能发生适度熔化。在能够获得高于共晶温度的前提下，亦可将屈服强度低者 置于上层，以减轻对工具的磨损，降低界面实际加热温度、减轻界面母材的过度溶解。
[0032] (3)焊接过程采用无针或有针工具，在界面上无需预置钎料(节材），焊前无需退火 或预热(节能），利用工具轴肩与上板母材表面间的摩擦热加热母材界面，在界面上利用共 晶反应获得共晶液相，并利用轴肩挤出共晶液相，防止界面残留过多低熔点脆性共晶组织， 并使氧化膜随液相挤出，最终在界面上获得洁净的扩散组织或较薄的共晶组织。母材间共 晶反应所形成的液相的出现不仅有利于破除母材表面氧化膜，有利于大幅增加单道焊合面 积(单道宽度可与轴肩直径等同），而且允许采用无针工具，消除了匙孔、界面钩子(hook)、 界面去膜与混合不充分等搅拌摩擦搭接焊(FSLW:friction stir lap welding)的三大类 固有缺陷。
[0033] (4)在大气中施焊，无需保护气体与钎剂。
[0034] (5)合理调整焊接规范，以合理控制界面温度、界面液相的产生和挤出之间的配 合:界面温度在能使整个界面上发生共晶反应的前提下应尽量保持在较低的水平，防止界 面产生太多的共晶液相，母材溶解量太多，削弱搅拌工具对界面的顶锻压力(界面液相一旦 形成就说明母材表面的氧化膜在搅拌工具的机械扭转作用下被打破，此时工具的机械扭转 的作用不再是主要因素），保证界面上的共晶液相能被彻底的挤出焊缝，只在界面上有极薄 的金属间化合物形成。
[0035]本发明与申请者课题组前期研发的搅拌摩擦钎焊专利技术相比的特点与优点：
[0036] 1)取消了钎料，简化工艺、节约钎料与预处理时间，降低成本。
[0037] 2)高的界面温度:将屈服强度高的母材（铜材)置于上部作为摩擦面，以显著提高 焊接界面所达焊接温度(铝材置于上部作为摩擦面，虽可减轻工具磨损，但伴随铝的屈服， 弹性接触压力降低，界面温度难以上升）；高的界面焊接温度可利用共晶反应实现去膜与界 面致密润湿，从而允许免用钎料。
[0038] 3)适于较厚的覆板:上板厚度对工具在界面产生的扭转效应的衰减作用较大，但 对竖向锻