[發明專利]雙面對稱攪拌摩擦焊接方法

無效

• 申請號: 201210088113.2
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN102601516A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 趙運強;劉會杰;李金全;侯軍才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及一種攪拌摩擦焊接方法。

背景技術

攪拌摩擦焊(FSW)是英國焊接研究所(TWI)1991年開發的一種新型固相連接技術，與傳統熔焊相比，它具有焊接質量高、生產成本低和無環境污染等優點，現已被成功應用于航天、飛機制造及鐵路運輸等領域。這種焊接方法常常是在被焊材料的一個面上進行的，因而稱為單面攪拌摩擦焊。單面攪拌摩擦焊存在的不足是：焊接過程中攪拌頭軸肩只作用于工件上表面，導致在厚度方向上被焊材料所受到的熱機作用及焊縫形態的不對稱，從而降低接頭力學性能；在接頭橫截面前進側，攪拌頭與被焊材料的相對速度是攪拌頭旋轉線速度與焊接速度之和，而其在后退側是攪拌頭旋轉線速度與焊接速度之差，導致接頭橫截面兩側所受的熱機作用和焊縫形態的不對稱，降低了接頭的承載能力；此外，接頭還可能存在難于檢測的根部缺陷，導致安全隱患；由于焊接過程中工件需要特定形狀的背部墊板，裝卡難度大，設備剛度要求較高。

為了解決上述部分問題，有人開發了一種自持式攪拌摩擦焊接方法。在這種方法中，攪拌頭采用上、下兩個軸肩，下軸肩由攪拌針驅動，兩個軸肩同向、等速旋轉。由于焊接過程中攪拌針承受較大的拉應力、扭矩及彎矩，導致攪拌針極易斷裂，大大限制了其焊接速度及應用范圍。此外，由于上、下兩個軸肩的旋轉方向相同，還會增大接頭橫截面焊縫兩側不對稱的程度，從而降低接頭的承載能力。

發明內容

本發明解決了單面攪拌摩擦焊接頭組織與力學性能不對稱，存在根部缺陷，裝卡困難，自持式攪拌摩擦焊攪拌針易斷裂，焊接效率低，接頭性能不高的技術問題，提供了一種雙面對稱攪拌摩擦焊接方法。

雙面對稱攪拌摩擦焊接方法如下：

一、將第一被焊工件3和第二被焊工件4用夾具固定在工作臺上，使第一被焊工件3與第二被焊工件4對接且處于同一水平面；

二、將攪拌頭1和攪拌頭2以相同的旋轉速度ω、相同或相反的旋轉方向分別從第一被焊工件3和第二被焊工件4的上、下表面以相同的扎入速度v_z扎入第一被焊工件3和第二被焊工件4間的焊接起始位置，攪拌頭1和攪拌頭2的軸肩表面壓入第一被焊工件3和第二被焊工件4間的深度均為h；

三、攪拌頭1與攪拌頭2以相同的焊接速度v_x沿第一被焊工件3與第二被焊工件4的對接面長度方向行走，直到焊接完成為止。

上述步驟二中所述攪拌頭1和攪拌頭2的幾何尺寸相同；步驟二中所述的攪拌頭1和攪拌頭2相對于第一被焊工件3和第二被焊工件4處于對稱的位置。

本發明具有以下優點：一、焊接過程中兩個攪拌頭相對于被焊工件產生對稱的熱作用及機械作用，從而改變焊縫形態，提高力學性能；二、通過調整上、下兩個軸肩的旋轉方向，可改善材料流動，消除接頭橫截面上兩側熱機作用的不對稱性，提高接頭力學性能；三、采用兩個攪拌頭分別作用于被焊工件上、下表面，避免根部缺陷的產生；四、兩個攪拌頭同時產熱，可顯著提高焊接效率；五、焊接過程中不需要背部墊板，降低工件裝卡要求；六、可有效消除接頭橫截面左、右兩側熱機作用的不對稱性，改善焊縫形態，提高接頭力學性能。

附圖說明

圖1是具體實施方式一步驟二中攪拌頭1和攪拌頭2以相同的扎入速度v_z扎入第一被焊工件3和第二被焊工件4間的焊接起始位置過程示意圖；圖2是具體實施方式一中攪拌頭1、攪拌頭2與第一被焊工件3和第二被焊工件4在焊接時的相對位置示意圖；圖3是具體實施方式五中攪拌頭1、攪拌頭2與第一被焊工件3和第二被焊工件4在焊接時的相對位置示意圖；圖4是具體實施方式六中的實驗采用對稱攪拌摩擦焊接方法對鋁合金進行焊接得到的典型鋁合金雙面對稱攪拌摩擦焊接頭橫截面宏觀形貌。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。

具體實施方式一：本實施方式雙面對稱攪拌摩擦焊接方法如下：

一、將第一被焊工件3和第二被焊工件4用夾具固定在工作臺上，使第一被焊工件3與第二被焊工件4對接且處于同一水平面；

二、將攪拌頭1和攪拌頭2以相同的旋轉速度ω、相同的旋轉方向分別從第一被焊工件3和第二被焊工件4的上、下表面以相同的扎入速度v_z扎入第一被焊工件3和第二被焊工件4間的焊接起始位置，攪拌頭1和攪拌頭2的軸肩表面壓入第一被焊工件3和第二被焊工件4間的深度均為h；

三、攪拌頭1與攪拌頭2以相同的焊接速度v_x沿第一被焊工件3與第二被焊工件4的對接面長度方向行走，直到焊接完成為止。