[發明專利]一種避免形成根部缺陷的攪拌摩擦焊接裝置及焊接方法

無效

• 申請號: 201310087492.8
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103128437A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 劉會杰;趙運強;侯軍才;李金全
• 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: 楊立超

技術領域

本發明涉及一種攪拌摩擦焊接裝置及焊接方法，具體涉及一種避免形成根部缺陷的攪拌摩擦焊接裝置及焊接方法。

背景技術

攪拌摩擦焊是一種新型固相連接技術，在焊接鋁、鎂等低熔點材料時，具有焊接質量高、生產成本低和無環境污染等諸多特點，因而得到快速發展和應用。但在常規的攪拌摩擦焊接過程中，攪拌針長度一般小于被焊工件長度，在焊縫根部容易產生“未焊透(也稱弱結合)”缺陷，從而降低接頭的承載能力，尤其是疲勞性能。由于未焊透缺陷產生在焊縫的根部，因而常被稱為根部缺陷。這種缺陷尺寸較小，很難被常規的X射線及超聲波等無損檢測方法所檢出，存在較大的危害性。為了確保焊接接頭的可靠性，需要在攪拌摩擦焊接之后，采用機械加工的方法去除一定厚度的焊縫根部材料，這不僅造成了浪費，增加了焊接成本，也降低了焊接生產效率。

發明內容

本發明為解決常規攪拌摩擦焊接頭容易產生根部缺陷，接頭可靠性難以保證，增加焊后加工成本的問題，進而提出一種避免形成根部缺陷的攪拌摩擦焊接裝置及焊接方法。

本發明為解決上述問題采取的技術方案是：本發明包括攪拌頭組件和支撐底座，攪拌頭組件設置在支撐底座的上方，攪拌頭組件包括上軸肩、攪拌針和下軸肩，上軸肩、攪拌針和下軸肩由上至下依次首尾連接制成一體，支撐底座的中部開有凹槽，下軸肩的下端與支撐底座中部的凹槽相對應，上軸肩的直徑大于下軸肩的直徑大于攪拌針的直徑，上軸肩的直徑大于凹槽的寬度大于下軸肩的直徑。

本發明所述焊接方法的具體步驟如下：

步驟一、用夾具將第一被焊工件和第二被焊工件并排固定在支撐底座的上表面上，使第一被焊工件的一側與第二被焊工件的一側接觸，第一被焊工件與第二被焊工件的接觸面位于凹槽中心線的上方；

步驟二、將攪拌頭組件移至第一被焊工件與第二被焊工件互相接觸的焊接起始位置，使攪拌頭組件從第一被焊工件與第二被焊工件接觸面的上方扎入第一被焊工件與第二被焊工件的接觸面之間，直至上軸肩下表面壓入第一被焊工件和第二被焊工件的接觸面之間的深度達到設定值h₁為止；

步驟三、使攪拌頭組件沿第一被焊工件與第二被焊工件的接觸面的長度方向前行，直至焊接完成。

本發明的有益效果是：本發明的攪拌針整體穿透被焊工件，可有效避免根部缺陷的產生；本發明的下軸肩對焊縫根部起到支撐作用，防止焊縫金屬下塌，保證焊縫背部成形良好；本發明的支撐底座凹槽側壁與下軸肩外輪廓之間的間隙較小，可對工件背部提供最大程度的支撐，降低下軸肩所受載荷，增大工件散熱，避免焊縫內部產生缺陷，本發明結構簡單，制作成本低，操作簡便，便于維護和長期使用。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖，圖2是攪拌頭組件扎入第一被焊工件與第二被焊工件焊接面之間的橫截面示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述一種避免形成根部缺陷的攪拌摩擦焊接裝置攪拌頭組件1和支撐底座2，攪拌頭組件1設置在支撐底座2的上方，攪拌頭組件1包括上軸肩1-1、攪拌針1-2和下軸肩1-3，上軸肩1-1、攪拌針1-2和下軸肩1-3由上至下依次首尾連接制成一體，支撐底座2的中部開有凹槽2-1，下軸肩1-3的下端與支撐底座2中部的凹槽2-1相對應，上軸肩1-1的直徑D0大于下軸肩1-3的直徑D2大于攪拌針1-2的直徑D1，上軸肩1-1直徑D0大于凹槽2-1寬度L大于下軸肩1-3直徑D2。

具體實施方式二：結合圖2說明本實施方式，本實施方式所述一種避免形成根部缺陷的攪拌摩擦焊接裝置的上軸肩1-1的直徑D0是攪拌針1-2直徑D1的3倍～5倍，下軸肩1-3的直徑D2是攪拌針1-2直徑D1的1.5倍～2.5倍，凹槽2-1的寬度L比下軸肩1-3的直徑D2大1～5毫米。其它組成及連接關系與具體實施方式一相同。

本實施方式的技術效果是：在保證焊縫根部不產生缺陷的同時，可對工件背部提供最大程度的支撐，降低下軸肩所受載荷，增大工件散熱，從而避免焊縫內部產生缺陷。

具體實施方式三：結合圖2說明本實施方式，本實施方式所述一種避免形成根部缺陷的攪拌摩擦焊接裝置的上軸肩1-1的直徑D0是攪拌針1-2直徑D1的4倍，下軸肩1-3的直徑D2是攪拌針1-2直徑D1的2倍，凹槽2-1的寬度L比所述下軸肩1-3的直徑D2大2毫米。其它組成及連接關系與具體實施方式二相同。