[發明專利]一種軸肩固定且大直徑攪拌針旋轉的半固態攪拌摩擦焊接方法

無效

• 申請號: 201210060044.4
• 申請日: 2012-03-08
• 公開（公告）號: CN102581474A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 姬書得;許志武;張利國;岳玉梅;呂贊;李亮
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 孫麗珠

技術領域

本發明涉及一種攪拌摩擦焊的工藝方法，尤其涉及一種在軸肩固定且大直徑攪拌針高速旋轉情況下的半固態攪拌摩擦焊工藝方法，可實現鋁合金、鎂合金等金屬結構件的攪拌摩擦焊連接。?

背景技術

攪拌摩擦焊是一種固相連接技術，具有小變形、高強度、無常規熔焊缺陷與綠色無污染等優點。在攪拌摩擦焊過程中，攪拌工具與工件之間需要非常大的機械作用力，使焊接用夾具必須具有足夠的剛度，因此影響攪拌摩擦焊技術在現場制造或修復等許多領域的應用；當焊接熱輸入不足時，材料的流動性比較差，容易產生隧道、S形線等缺陷。上述問題的產生主要是由該技術的本身特性，即固相連接所造成的。在降低裝夾要求方面，研究者提出了基于電阻加熱、感應加熱、激光加熱或等離子弧加熱等輔助加熱工藝；在避免焊接缺陷方面，研究者提出了基于數值模擬與實驗相結合的焊接工藝參數優化方法，這種方法需要花費大量的人力與物力，而在實際焊接過程中由于人為、設備、材料等方面的誤差會導致在優化焊接工藝參數下亦會出現常規攪拌摩擦焊的焊接缺陷。事實上，提高焊接過程中攪拌針周圍的材料溫度即可降低裝夾要求與避免由材料流動不足造成的缺陷，因此，這里提出了基于軸肩固定且攪拌針高速旋轉情況下的半固態攪拌摩擦焊工藝方法。?

發明內容

本發明為了降低攪拌摩擦焊接過程中的裝夾要求以及避免由材料流動性不足而導致的容易產生隧道、S形線缺陷等問題，提出了一種軸肩固定且大直徑攪拌針旋轉的半固態攪拌摩擦焊接方法。該方法中采用的攪拌工具由攪拌針和固定軸肩組成，固定軸肩套裝在攪拌針上；所述攪拌針的錐角小于5°且沿著焊縫方向以高速旋轉，與焊接件相互摩擦產生大量的熱，導致焊接件材料溫度介于?固相線與液相線溫度之間，即半固態溫度；組成攪拌工具的固定軸肩固定不動且不扎入工件表面，在焊接過程中保持與焊件的緊密貼合。?

本發明為解決上述技術問題采用的技術方案是：?

步驟一、將焊件A和焊件B對接放置且位于同一水平面上(即將焊件A與焊件B組對)，并用夾具裝夾在工作臺上；所述焊件A和焊件B均為板材。?

步驟二、組成攪拌工具的帶螺紋攪拌針最大直徑大于1.5倍被焊接工件厚度且錐角小于5°，以1000～5000rpm的轉速扎入待焊部位(即焊件A與焊件B的對接面)；組成攪拌工具的軸肩固定(即不旋轉)且軸肩直徑大于2倍的工件厚度；攪拌工具扎入速度為1～4mm/min，攪拌針扎入工件深度比工件厚度小0.1～0.3mm，軸肩不扎入工件，保持軸肩端面與工件上邊面緊密貼合，以便于防止焊接區附近產生飛邊缺陷。?

步驟三、當攪拌工具達到設定的下扎深度時，攪拌針停止下扎且繼續旋轉1～5分鐘；然后，攪拌工具以50～1000mm/min的速度沿著焊件A與焊件B的對接面水平方向移動，直到焊接完成為止。?

本發明的有益效果是：?

一、攪拌針的錐角小且高速旋轉，與焊接件相互摩擦產生大量的熱，導致材料溫度介于固相線與液相線溫度之間(即半固態溫度)，使得攪拌針附近材料的軟化程度加大，旋轉扭轉與前進阻力相應的減少，有效防止隧道、S形線等缺陷的產生，有利于降低裝夾要求。?

二、攪拌工具的軸肩固定且不扎入工件表面，對處于軟化狀態下的焊接材料進行碾壓，可防止攪拌區材料流出焊件，避免飛邊缺陷的產生，使焊件的表面質量更好，大大提高了焊接頭的力學性能。?

附圖說明

圖1是攪拌工具的結構示意圖?

圖2是基于攪拌針高速旋轉的半固態攪拌摩擦焊接過程示意圖?

圖3是攪拌摩擦焊接過程攪拌工具與兩塊待焊板材的位置關系圖?

圖中：?

1.攪拌針，2.固定軸肩，3.攪拌工具，4.焊接件A，5.焊接件B。?

具體實施方式

參看圖1-圖3，一種軸肩固定且大直徑攪拌針旋轉的半固態攪拌摩擦焊接方法，該方法采用的攪拌工具3由攪拌針1和固定軸肩2組成，固定軸肩2套裝在攪拌針1上；所述攪拌針1的錐角小于5°且沿著焊縫方向以高速旋轉，與焊接件相互摩擦產生大量的熱，導致焊接件材料溫度介于固相線與液相線溫度之間，即半固態溫度；組成攪拌工具3的固定軸肩2固定不動且不扎入工件表面，在焊接過程中保持與焊件的緊密貼合。其中：?

組成攪拌工具3的所述攪拌針1，其最大直徑大于1.5倍被焊接工件的厚度且帶外螺紋；?

組成攪拌工具3的所述固定軸肩2，其直徑大于2倍的被焊接工件的厚度。?

實施例一：?

參看圖1～圖3，本實施例所述的一種軸肩固定且大直徑攪拌針旋轉的半固?