[發明專利]降低攪拌摩擦焊接變形的裝置及焊接方法

在審

• 申請號: 201710416479.0
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107414281A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 孫占國;趙麗偉;蔣亮
• 申請（專利權）人: 北京世佳博科技發展有限公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司11471
• 代理人: 趙芳

技術領域

本發明涉及攪拌摩擦焊技術領域，尤其是涉及一種采用水冷循環裝置和氣體冷卻裝置降低攪拌摩擦焊接變形的裝置及采用該裝置進行攪拌摩擦焊接的方法

背景技術

攪拌摩擦焊作為一種新型的固相連接方法，在焊接過程中材料沒有達到熔化狀態，具有較低的熱輸入，因此攪拌摩擦焊接構件焊后具有較低的殘余應力，相對較小的變形。但是在一些鋁合金工件的攪拌摩擦焊接過程中，焊接變形還是表現比較突出，為保證焊后質量，滿足實際要求，工件必須在進行完攪拌摩擦焊接后進行矯形處理。例如某結構散熱器采用攪拌摩擦焊接，焊后工件呈現馬鞍形，宏觀變形較大，焊后平面度達到2mm，必須進行焊后矯形處理才能進行后續加工工序。

隨著攪拌摩擦焊技術的逐步發展與深入以及在工程上的不斷應用，焊后變形的減小與控制逐漸成為攪拌摩擦焊領域的熱點。近年來，國內外學者已經開展了關于強冷介質對攪拌摩擦焊焊縫區域溫度場、組織和性能影響的研究，但利用冷卻循環系統來降低焊后變形的報道還沒有。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用水冷循環裝置和氣體冷卻裝置降低攪拌摩擦焊接變形的裝置以及采用該裝置進行攪拌摩擦焊接的方法，以解決現有技術中存在的攪拌摩擦焊后變形的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：

本發明提供的一種降低攪拌摩擦焊接變形的裝置，包括工作臺、水冷循環裝置、攪拌頭、機頭和氣體冷卻裝置，其中：

所述水冷循環裝置固定安裝在所述工作臺頂部，所述水冷循環裝置內設置有水流通道供冷卻水流過，所述水冷循環裝置用于承載待焊接工件并對待焊接工件背部表面進行降溫；

所述攪拌頭可拆卸安裝在所述機頭下部，所述機頭用于控制所述攪拌頭旋轉，所述攪拌頭用于將待焊接工件進行焊接，所述攪拌頭下部設置有軸肩和攪拌針，所述軸肩與待焊接工件表面接觸連接，所述攪拌針插入到待焊接工件連接面下部；

所述氣體冷卻裝置包括儲氣罐和噴嘴，所述儲氣罐和所述噴嘴通過管路連通，所述儲氣罐放置在所述工作臺旁側，所述管路固定連接在所述機頭上，所述噴嘴位于所述攪拌頭后端，且所述噴嘴出口對準所述攪拌頭后端焊縫區域，所述氣體冷卻裝置用于對待焊接工件正面焊縫區域內的冷卻降溫。

作為本發明的進一步改進，所述水冷循環裝置包括冷卻板，所述冷卻板為平板形結構，所述冷卻板側壁上設置有進水口和出水口，供冷卻水流動的所述水流通道設置在所述冷卻板內部，且所述進水口和所述出水口分別位于所述水流通道的兩端。

作為本發明的進一步改進，所述水流通道沿所述冷卻板板面方向呈S形、U形或之字形設置。

作為本發明的進一步改進，所述氣體冷卻裝置的氣源采用氮氣或氬氣。

作為本發明的進一步改進，所述噴嘴與所述攪拌頭的軸肩邊界距離不大于20mm。

作為本發明的進一步改進，所述噴嘴的數量為至少兩個，所有的所述噴嘴均通過所述管路與所述儲氣罐連通。

作為本發明的進一步改進，所有的所述噴嘴均具有調節流量功能。

作為本發明的進一步改進，所述冷卻板采用導熱系數高的材料制成。

作為本發明的進一步改進，所述冷卻板采用銅制材料制成。

本發明還提供了一種攪拌摩擦焊接方法，使用所述降低攪拌摩擦焊接變形的裝置進行攪拌摩擦焊接的方法，具體步驟如下：

步驟A：將所述水冷循環裝置放置在所述工作臺上，通過調整所述工作臺高度使所述水冷循環裝置上表面與水平面平行，然后使用卡具將所述水冷循環裝置固定在所述工作臺上；

步驟B：將待焊接在一起的工件一和工件二放置在所述水冷循環裝置上部，然后分別將所述工件一和所述工件二通過卡具固定在所述水冷循環裝置上，通過調整待焊接工件位置使所述待焊接工件的待焊縫與所述水流通道錯開設置；

步驟C：根據所述工件一與所述工件二之間的待焊縫形狀確定焊接前進方向，調整所述氣體冷卻裝置的所述噴嘴位置，使其置于所述攪拌頭后端，并保證所述氣體冷卻裝置的所述噴嘴出口對準所述攪拌頭后端的焊縫區域，最后調整所述噴嘴與所述攪拌頭軸肩邊界距離，該距離應小于20mm；

步驟D：開啟所述水冷循環裝置與所述氣體冷卻裝置；

步驟E：開啟攪拌摩擦焊機，調整所述攪拌頭的轉速為200-1500rpm，控制所述攪拌頭的攪拌針以1-3mm/min的速度扎入到所述工件一與所述工件二的對接面內，保持所述攪拌頭軸肩與所述工件一和所述工件二上表面緊密貼合；