[發明專利]電加熱摩擦點焊攪拌頭及其焊接方法

無效

• 申請號: 201110200264.8
• 申請日: 2011-07-11
• 公開（公告）號: CN102284787A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 沈駿;王丹
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電加熱摩擦點焊攪拌頭及其相應焊接方法，屬于攪拌摩擦焊接技術。

背景技術

1991年，英國焊接研究所(TWI)發明了一種新型的固相攪拌摩擦焊接技術，該技術應用過程中不會產生如元素蒸發、氣孔和裂紋等傳統熔化焊所產生的缺陷，被譽為“最具革命性的焊接技術”，具有廣闊的應用前景。其工作原理為，將高速旋轉的帶有攪拌針的攪拌頭插入工件中，利用攪拌頭與工件摩擦產生的熱量使被焊材料局部軟化，被焊材料在攪拌頭的攪拌作用下發生塑性流動結合在一起形成不可拆分的原子間的連接的焊接方式。攪拌摩擦焊可以分為線攪拌摩擦焊和點攪拌摩擦焊兩種。線攪拌摩擦是在旋轉的攪拌頭插入后，通過攪拌頭的線性移動實現對工件的焊接而點攪拌摩擦焊則在焊接時保持攪拌頭位置不變并通過其旋轉和下壓而實現材料的焊接。同傳統的熔化焊相比，攪拌摩擦焊具有以下優異的性能：一、在冶金方面：攪拌摩擦焊件變形較小、尺寸穩定性和可靠性良好、接頭晶粒細小、無焊縫金屬元素的燒損且焊縫中裂紋較少。二、在環境保護方面：攪拌摩擦焊在焊前，焊接接口部位只需去油處理，無需打磨或洗刷；在焊接過程中，不需焊絲和保護氣氛，也沒有電弧、磁沖擊、閃光、輻射、煙霧和異味的出現，不影響其它電器設備使用，綠色環保。三、在能源消耗方面：攪拌摩擦焊能夠非常容易的實現輕合金的焊接，因此，有利于輕合金在汽車和航空航天領域的廣泛應用，從而降低這些運載工具的重量而減少燃油的消耗。在焊接過程中，由于攪拌頭和工件之間所產生的摩擦熱有限(該摩擦熱產生的溫度一般低于被焊材料的再結晶溫度)，材料塑性變形和流動不足，難以形成較好的焊縫。因此，在金屬材料尤其是高熔點材料攪拌摩擦焊中引入輔助熱源(該熱源產生的溫度要高于攪拌頭與工件之間產生的摩擦熱的溫度)，不但有利于焊縫成形，而且能夠降低攪拌頭的磨損，提高焊接設備的實用壽命。因此，如何提高攪拌摩擦焊接過程中的溫度，從而提高焊接質量，成為現有技術中丞待解決的問題。

發明內容

本發明目的是提供一種電加熱摩擦點焊攪拌頭及其焊接方法，該技術可以顯著提高焊接接頭剪切拉伸性能并改善高熔點和低塑性材料的攪拌摩擦點焊性能。

本發明是通過下述技術方案加以實現的，一種電加熱摩擦點焊攪拌頭，其特征在于，將高溫電熱圈套在攪拌頭軸肩與夾持部位之間的區域，該區域外壁與高溫電熱圈內壁之間的距離控制在0.6±0.1mm的范圍內，而高溫電熱圈固定于用于夾持攪拌頭的主機機構上，利于焊接過程中高溫電熱圈與攪拌頭同步運動。

上述的電加熱摩擦點焊攪拌頭的焊接方法，其特征在于包括以下過程，在攪拌摩擦點焊之前，采用高溫電熱圈對攪拌頭進行加熱，待攪拌頭的溫度升至被焊材料的再結晶溫度以上并穩定時進行焊接，高溫電熱圈的加熱溫度保持不變至焊接過程結束。

本發明優點是通過在攪拌摩擦點焊過程中持續加熱，提高了被焊材料的流動性及塑性變形能力。拉伸測試結果表明，采用此種焊接工藝進行鎂合金點焊時，焊接接頭的連接區寬度明顯增加。因此，焊接接頭的剪切拉伸性能顯著提高。

附圖說明

圖1是未加熱攪拌頭的攪拌摩擦點焊接接頭橫斷面的顯微金相照片，可以看到，連接區域較窄，其寬度約為270μm。

圖2是電加熱摩擦點焊攪拌頭的攪拌摩擦點焊接接頭橫斷面的顯微金相照片，可以看到，連接區域較寬，其寬度約為380μm。

圖3是電加熱摩擦點焊攪拌頭和未加熱攪拌頭的攪拌摩擦點焊接接頭剪切拉伸性能曲線，可以看到，同未加熱攪拌頭的攪拌摩擦點焊接接頭相比，電加熱摩擦點焊攪拌頭的攪拌摩擦點焊接接頭剪切拉伸性能得到近25％的提高。

具體實施方式

例1

在焊接之前，先將2.5mm的鎂合金AZ31平板表面打磨并固定在夾持裝置上，調節高溫電熱圈的溫度使攪拌頭溫度升至480℃，穩定后進行焊接。在攪拌摩擦點焊接過程中，高溫電熱圈的加熱溫度保持不變直到焊接過程結束。

例2

在焊接之前，先將2.5mm的鎂合金AZ31平板表面打磨并固定在夾持裝置上，調節高溫電熱圈的溫度使攪拌頭溫度升至490℃，穩定后進行焊接。在攪拌摩擦點焊接過程中，高溫電熱圈的加熱溫度保持不變直到焊接過程結束。

例3

在焊接之前，先將2.5mm的鎂合金AZ31平板表面打磨并固定在夾持裝置上，調節高溫電熱圈的溫度使攪拌頭溫度升至500℃，穩定后進行焊接。在攪拌摩擦點焊接過程中，高溫電熱圈的加熱溫度保持不變直到焊接過程結束。