[發明專利]一種無帶弧紋特征表面凹陷的攪拌摩擦焊工藝方法

有效

• 申請號: 201310410290.2
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN103447685A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 姬書得;高雙勝;呂贊;馬軼男;岳玉梅;孟祥晨;肖翰林
• 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: 甄玉荃

技術領域：本發明涉及一種焊接方法，尤其是一種無帶弧紋特征表面凹陷的攪拌摩擦焊工藝方法，可實現鋁合金、鎂合金、鈦合金等同種或異種材料的連接。

背景技術：作為一種新型的固相焊技術，攪拌摩擦焊（Friction?stir?welding,FSW）具有低應力、小變形、高強度、綠色無污染等優點，可連接鋁合金、鎂合金、銅合金等同種或異種材料，成為從發明到工程應用跨度最短的焊接技術，目前在航空、航天、汽車、船舶等領域有著越來越廣泛的應用。在攪拌摩擦焊過程中，焊接熱輸入主要靠攪拌頭與待焊材料之間的摩擦以及剪切產生，這就需要在焊接過程中攪拌頭對待焊件施加足夠大的垂直作用力，導致焊件表面出現難以避免的旋轉加工痕跡—“帶弧紋的表面凹陷”。帶弧紋的表面凹陷的存在不僅影響接頭的美觀性，還會影響到接頭的力學性能。近年來，國內外的研究者提出了多種工藝方法消除表面凹陷或弧紋，比如靜軸肩攪拌摩擦焊技術、水平補償攪拌摩擦焊技術等。但上述方法均存在一些不足，比如靜軸肩攪拌摩擦焊技盡管可消除弧紋，但表面凹陷無法避免；水平補償攪拌摩擦焊技術盡管可消除表面凹陷與弧紋，但焊后的銑切加工或打磨帶來了附加的工作量。

發明內容：針對上述現有技術的缺點，本發明提供了一種利用水平材料補償以及靜止軸肩的結合獲得表面光滑且無凹陷的攪拌摩擦焊工藝方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種無帶弧紋特征表面凹陷的攪拌摩擦焊工藝方法，采用以下步驟：

步驟一、將焊件A、焊件B對接放置且位于同一水平面上（即將焊件A、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是板厚相同且帶小凸臺的試件，小凸臺位于待焊區且沿焊縫方向分布；小凸臺的高度為0.3～1mm、寬度大于小軸肩半徑且小于靜止軸肩外部半徑、長度與焊縫長度相同。

步驟二、焊接用裝置由靜止軸肩以及處于靜止軸肩內的攪拌頭兩部分組成，而攪拌頭由小軸肩及攪拌針組成；組成攪拌頭的攪拌針根部直徑為焊件A板厚0.5～1.5倍、端部直徑為焊件A板厚的0～1.5倍，且攪拌針的根部直徑大于端部直徑；組成攪拌頭的小軸肩直徑大于攪拌針根部直徑的1～3倍，且兩者之差不小于2mm；靜止軸肩的外部直徑與攪拌頭的小軸肩直徑的差不小于2mm，且靜止軸肩與小軸肩之間的間隙為0.1～0.2mm；攪拌頭的小軸肩露于靜止軸肩之外，且兩者間的距離小于小凸臺的高度；攪拌頭以500～5000rpm的轉速扎入待焊部位（即焊件A與焊件B的對接面），當靜止軸肩與焊件A及焊件B上表面的非凸臺區域接觸時扎入過程停止且繼續旋轉1～8分鐘。

步驟三、攪拌頭以50～1500mm/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、焊接用裝置中靜止軸肩的使用可有效的消除常規攪拌摩擦焊無法避免的表面弧紋，進而獲得表面光滑的焊接接頭。

二、在焊接過程中，組成攪拌頭的小軸肩通過與小凸臺的擠壓產生足夠的垂向作用力，產生足夠的熱量；而靜止軸肩與待焊件的上表面非凸臺區域恰好接觸，進而獲得無減薄且光滑的攪拌摩擦焊接頭，有利于提高接頭的力學性能。

三、與靜軸肩攪拌摩擦焊技術相比，本發明的焊件表面無凹陷；與水平補償攪拌摩擦焊相比，本發明在焊后無需再對焊件表面進行銑切或打磨，大大減少了焊后的工作量。

附圖說明：

圖1是帶小凸臺的待焊件結構沿垂直焊縫方向的截面圖。

圖2是焊接用裝置結構示意圖。

具體實施方式：

圖中:1.焊件A，2.焊件B，3.焊接用裝置，4.小凸臺，5.靜止軸肩，6.攪拌頭，7.攪拌針，8.小軸肩。

具體實施方式：

實施例一

本實施方式所述的一種無帶弧紋特征表面凹陷的攪拌摩擦焊接工藝是按照以下步驟實現的：

步驟一、如圖1和圖2所示：將焊件A1、焊件B2對接放置且位于同一水平面上（即將焊件A1、焊件B2組對），并用夾具裝夾在工作臺上；所述焊件A1和焊件B2是板厚相同且帶小凸臺4的試件，小凸臺4位于待焊區且沿焊縫方向分布；小凸臺4的高度h₁為0.3～1mm、寬度w₁大于小軸肩8半徑且小于靜止軸肩5的外部半徑、長度與焊縫長度相同。