[發明專利]攪拌摩擦電阻點焊裝置及其方法

無效

• 申請號: 201310121690.1
• 申請日: 2013-04-09
• 公開（公告）號: CN103170752A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 楊洪剛
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及焊接技術設備，尤其涉及一種攪拌摩擦電阻點焊裝置及其方法。

背景技術

隨著全球資源與環境保護問題的日趨嚴峻，運載工具的輕量化設計成為汽車、航空航天等制造領域的發展方向。一方面采用鋁合金代替傳統的鋼材料，另一方面通過高效的新型工藝技術提高產品的可靠性并降低產品重量。鋁合金作為運載工具的主要制造材料，其主要連接方式是焊接和鉚接。

但是，現有的焊接技術存在許多局限性，主要表現在：a．焊接過程需要提供大電流，耗能大；b．鋁合金表面氧化膜造成電極壽命明顯縮短；C．由于焊接大電流的作用，工件將產生明顯的熱變形，且焊縫中易出現缺陷和焊點質量不穩定，接頭質量差；d．焊接過程中有飛濺，點焊工作環境差。鉚接是鋁合金構件中一種常用的連接技術，但是采用鉚接技術一方面會增加鋁合金構件的重量，另一方面在鉚接過程中會產生大量的噪音，生產環境惡劣，另外，鉚接技術需要在鋁合金構件上預開孔，增加了生產成本。

目前，已公開的資料中報道了兩種不同的FSSW技術。第一種方法是日本Mazda汽車公司于1993年發明的攪拌摩擦點焊，這種攪拌摩擦點焊又稱為“帶有退出孔的攪拌摩擦點焊”技術，采用的焊接設備與普通攪拌摩擦焊接設備類似，具體的焊接過程可分為3個階段：a、壓入過程：攪拌頭不斷旋轉，通過施加頂鍛壓力插入連接工件中，在壓力作用下工件與攪拌頭之間產生摩擦熱，軟化周圍材料，攪拌頭進一步壓入工件；b、連接過程：攪拌頭完全鑲嵌在工件中，保持攪拌頭壓力并使軸肩接觸工件表面，繼續旋轉一定時間；c、回撤過程：完成連接后攪拌頭從工件退出，在點焊縫中心留下典型的退出凹孔。

第二種方法是德國GKSS研究中心于1999年發明的攪拌摩擦點焊，采用特殊的攪拌頭，通過精確控制攪拌頭各部件的相對運動，在攪拌頭回撤的同時填充攪拌頭在焊接過程中形成的退出孔，采用該方法焊接的點焊縫平整，焊點中心沒有凹孔。攪拌摩擦點焊的攪拌頭主要由三部分組成，分別為最內部的探針、中間層的袖筒以及最外層的夾套。其中，夾套在焊接時固定，不發生旋轉，而中間層的袖筒和最內層的探針在焊接時既發生旋轉也發生沿軸向的相對運動。攪拌摩擦點焊過程中，攪拌區的材料受到攪拌頭作用進行復雜的圓周運動和軸向運動，在熱和力的綜合作用下發生動態再結晶，形成等軸晶粒的再結晶組織。

但是，攪拌摩擦點焊過程中，往往在接頭與母材交界處形成薄弱連接面、氣孔等焊接缺陷，導致焊接質量穩定性差，接頭動靜態強度較低，使得攪拌摩擦點焊工藝只適用于對強度要求不高的零部件連接，限制了該工藝在車身制造中的應用推廣。因此，研究開發鋁合金新的點焊連接技術替代傳統的攪拌摩擦點焊和鉚接技術，對擴大鋁合金在汽車工業的應用，推動汽車輕量化發展以及提高航空、航天運載能力具有十分重要的意義。

故針對現有技術存在的問題，本案設計人憑借從事此行業多年的經驗，積極研究改良，于是有了本發明一種攪拌摩擦電阻點焊裝置及其方法。

發明內容

本發明是針對現有技術中，所述攪拌摩擦點焊過程中，往往在接頭與母材交界處形成薄弱連接面、氣孔等焊接缺陷，導致焊接質量穩定性差，接頭動靜態強度較低，使得攪拌摩擦點焊工藝只適用于對強度要求不高的零部件連接，限制了該工藝在車身制造中的應用推廣等缺陷提供一種攪拌摩擦電阻點焊裝置。

本發明的又一目的是針對現有技術之缺陷，提供一種攪拌摩擦電阻點焊裝置的焊接方法。

為了解決上述問題，本發明提供一種攪拌摩擦電阻點焊裝置，所述攪拌摩擦電阻點焊裝置包括：焊接墊塊，所述焊接墊塊用于承載所述待焊接板材，并在所述焊接墊塊內設置T型通孔；導電桿，所述導電桿設置在所述T型通孔內，并與所述焊接墊塊之承載面共水平面，所述導電桿與外部電源的第一電極電連接；以及攪拌頭，所述攪拌頭用于焊接所述待焊接板材，并進一步包括設置在所述攪拌頭里層的攪拌針、設置在所述攪拌頭外層的夾緊套，以及設置在所述攪拌針與所述夾緊套之間的攪拌套，所述攪拌針、攪拌套，以及所述夾緊套共中心軸線設置，所述夾緊套與所述外部電源的第二電極電連接，所述攪拌針和所述攪拌套與所述待焊接板材之接觸面具有電絕緣特性。

可選地，所述第一電極為所述外部電源的正極，所述第二電極為所述外部電源的負極。

可選地，所述第一電極為所述外部電源的負極，所述第二電極為所述外部電源的正極。

可選地，所述外部電源為直流電源。

可選地，所述攪拌針和所述攪拌套為絕緣材料制備。

可選地，所述攪拌針和所述攪拌套與所述待焊接板材之接觸面涂布絕緣材料。