本发明属于搅拌摩擦焊接，具体涉及一种基于热力耦合调控的搅拌摩擦焊接头强塑化方法。
背景技术：
1、tib2与铝基体具有良好的润湿性，成为铝基复合材料的理想增强相。原位自生tib2铝基复合材料因具有更高的强度、优异的耐磨性、颗粒与基体间良好界面结合性等诸多优点而受到广泛的关注，其有望应用于飞机货仓地板短纵梁、客舱地板横向支撑及角片等构件，具备发展为下一代航空新材料的巨大潜力。由于原位自生铝基复合材料尺寸的限制，在一些应用工况中，不可避免的要进行焊接作业。搅拌摩擦焊因其突出的固态冶金优势，能够完全避免熔焊时出现的各种冶金缺陷，已在铝基复合材料的焊接中得到了广泛应用。铝基复合材料的高温流动性明显低于铝合金，因此铝基复合材料搅拌摩擦焊的焊接工艺窗口比铝合金窄，与此同时，增强相颗粒会在搅拌区上部聚集，从而会产生增强相颗粒分布不均匀的情况，进而会影响接头服役的性能。为此，亟需提供一种能够有效改善增强相颗粒分布不均匀，并能提升接头强塑化的方法。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于热力耦合调控的搅拌摩擦焊接头强塑化方法，该方法能够有效改善增强相颗粒分布不均匀的情况，有利于使接头的硬度均匀的分布，同时，能显著的提升焊接接头的综合力学性能。
2、为了实现上述目的，本发明提供一种基于热力耦合调控的搅拌摩擦焊接头强塑化方法，包括以下步骤：
3、步骤一：搅拌摩擦焊接：
4、先将两块待焊接板材对接，并装夹固定于搅拌摩擦焊机上；再使搅拌头以旋转速度为600～1000r/min、焊接速度为100～300mm/min的焊接工艺参数进行搅拌摩擦对接焊，获得高质量焊接接头；
5、步骤二：冷轧：
6、在室温下，利用轧机对焊接接头进行2道次冷轧处理，并使轧制方向垂直于焊接方向，同时，控制总变形量的范围在15～35％；
7、步骤三：去应力退火处理：
8、将冷轧后的焊接接头压平，随后进行温度150℃，时间24h的去应力退火处理；
9、步骤四：固溶时效热处理：
10、对冷轧及去应力退火处理后的焊接接头进行固溶时效热处理：先在固溶温度485～510℃，固溶时间为0.8～1.2h的条件下进行固溶处理，然后随炉冷却，最后在时效温度170～195℃，时效时间8～12h的条件下进行人工时效处理。
11、进一步，为了充分提高焊接接头的综合力学性能，在步骤一中，所述待焊接板材为原位自生tib2/2024铝基复合材料制成的板材，其厚度为2mm。
12、进一步，为了有效改善焊接接头厚度的几何不均匀性，在步骤二中，在对焊接接头进行轧制过程中，轧辊的直径为220mm，轧辊的转速为8～10r/min，控制总变形量为15～35％。
13、进一步，为了能使焊缝、热影响区、母材、焊缝各个部位硬度都能够得到显著提升，在步骤四中，固溶处理的升温速率是10℃/min，人工时效的升温速率是5℃/min，同时，固溶处理和人工时效都是先将热处理炉加热到指定温度，再将待处理件放置在炉内进行加热。
14、作为一种优选，在步骤四中，固溶处理采用水冷冷却的方式，人工时效采用随炉冷却的方式。
15、进一步，为了有效解决增强相颗粒在材料内部汇聚、不均匀的问题，在步骤一中，搅拌头的旋转速度为600～1000r/min、焊接速度为100～300mm/min，下压量为0.2mm。
16、进一步，为了能够获得高质量的焊接接头，在步骤一中，在装夹前，先利用不锈钢刷子通过手工清理的方式对待焊接头正反面两侧各10mm的表面进行清洁，再利用丙酮或乙醇对待焊接头的表面进行擦洗，然后再进行装夹作业。
17、进一步，为了能够获得性能更加优异的焊接接头，在步骤一中，对于获得的焊接接头，将其起始端和末尾端进行去除处理，保留中间稳定成形的接头部分。
18、本发明针对原位自生tib2/2024铝基复合材料搅拌摩擦焊公开了一种基于热力耦合调控的焊接接头强塑化方法。由于原位自生tib2/2024铝基复合材料经过搅拌摩擦焊后，会出现明显焊缝减薄的情况，且会产生再结晶过程，焊后直接热处理可能会导致焊缝区晶粒异常长大现象。而经过冷轧后能够有效降低焊缝减薄的问题，并且能够有效的细化经焊后热处理异常长大的焊缝晶粒，进而可以显著的提升焊接接头的综合力学性能，因此，本发明通过对焊接接头进行2道次冷轧处理可以充分改善焊接接头厚度方面的几何不均匀性问题。对应的焊接接头强度能够得到显著的提升，同时，焊缝显微硬度更是能够得到显著的提升。由于焊接接头的延伸率会因为拉伸过程严重的应变/应力局部化发生在低硬度区，而轧制过程进一步增加了焊接接头硬度分布的不均匀性，导致接头伸长率显著降低。这样，先通过对焊接接头进行压平，并进行行温度150℃，24h的去应力处理，可以有效降低或消除冷轧过程引入的残余应力。再通过固溶时效热处理能够让经过冷轧的焊接接头组织发生再结晶，有效抑制直接热处理导致的焊缝区晶粒异常长大，同时，接头的显微硬度分布趋于均匀化，使接头的塑性显著提升。冷轧加固溶时效处理后，还能解决焊缝的减薄问题和残余应力的优化，有望显著提升接头的疲劳性能。
19、综上，本发明通过“冷轧+热处理”的耦合作用，显著提升了原位自生tib2/2024铝基复合材料搅拌摩擦焊接头的综合力学性能，并解决了搅拌摩擦焊焊缝区的减薄问题，同时，“冷轧+热处理”过程改善了接头残余应力分布，有望提升接头的疲劳性能。
1.一种基于热力耦合调控的搅拌摩擦焊接头强塑化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于热力耦合调控的搅拌摩擦焊接头强塑化方法，其特征在于，在步骤一中，所述待焊接板材为原位自生tib2/2024铝基复合材料制成的板材，其厚度为2mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于热力耦合调控的搅拌摩擦焊接头强塑化方法，其特征在于，在步骤二中，在对焊接接头进行轧制过程中，轧辊的直径为220mm，轧辊的转速为8～10r/min，控制总变形量为15～35％。
4.根据权利要求1所述的一种基于热力耦合调控的搅拌摩擦焊接头强塑化方法，其特征在于，在步骤四中，固溶处理的升温速率是10℃/min，人工时效的升温速率是5℃/min，同时，固溶处理和人工时效都是先将热处理炉加热到指定温度，再将待处理件放置在炉内进行加热。
5.根据权利要求1所述的一种基于热力耦合调控的搅拌摩擦焊接头强塑化方法，其特征在于，在步骤四中，固溶处理采用水冷冷却的方式，人工时效采用随炉冷却的方式。
6.根据权利要求1所述的一种基于热力耦合调控的搅拌摩擦焊接头强塑化方法，其特征在于，在步骤一中，搅拌头的旋转速度为600～1000r/min、焊接速度为100～300mm/min，下压量为0.2mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于热力耦合调控的搅拌摩擦焊接头强塑化方法，其特征在于，在步骤一中，在装夹前，先利用不锈钢刷子通过手工清理的方式对待焊接头正反面两侧各10mm的表面进行清洁，再利用丙酮或乙醇对待焊接头的表面进行擦洗，然后再进行装夹作业。
8.根据权利要求1所述的一种基于热力耦合调控的搅拌摩擦焊接头强塑化方法，其特征在于，在步骤一中，对于获得的焊接接头，将其起始端和末尾端进行去除处理，保留中间稳定成形的接头部分。
