[發(fā)明專利]一種攪拌頭供電輔助復(fù)合式雙軸攪拌摩擦焊接方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710472706.1
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107199394B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙升噸;張鵬;李靖祥;董淵哲;董朋
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種攪拌頭供電輔助復(fù)合式雙軸攪拌摩擦焊接方法，采用攪拌摩擦頭作為電阻熱源的電極，通過直流開關(guān)電源給待焊工件內(nèi)部提供高密度電流，給高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭進(jìn)行攪拌摩擦焊接過程中提供電阻輔助熱源；高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭扎入接縫兩側(cè)，通過軸肩對接縫處金屬施加頂鍛壓力，使接縫處的金屬材料軟化；攪拌頭使接縫處的金屬組織在攪拌作用下達(dá)到塑化狀態(tài)，同時(shí)采用超聲波激振器對塑化的金屬進(jìn)行微鍛處理，使接縫處的金屬組織晶粒細(xì)化；攪拌頭沿著接縫的方向向前進(jìn)給運(yùn)動，塑化的金屬在攪拌頭的攪拌及擠壓作用下，不斷填充到攪拌針移動后所形成的空腔中，并逐漸冷卻凝固形成焊縫；本發(fā)明減輕攪拌頭的磨損，增大焊接厚度，提高焊接速率，減少焊接缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于攪拌摩擦焊與成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種攪拌頭供電輔助復(fù)合式雙軸攪拌摩擦焊接方法。

背景技術(shù)

攪拌摩擦焊(FSW)是一項(xiàng)固相焊接技術(shù)，最初用于低熔點(diǎn)金屬(如鋁合金和鎂合金等)的連接，由于在FSW過程中沒有材料的熔化，所以該技術(shù)可避免傳統(tǒng)熔化焊中常見的裂紋、氣孔和變形等問題，并且對操作和設(shè)備要求較低。雖然對攪拌摩擦焊技術(shù)的研究已越來越深入，但該技術(shù)仍存在不足之處。

攪拌摩擦焊主要通過攪拌頭對工件的攪拌，依靠摩擦生熱使工件接縫周圍的金屬被加熱到塑性狀態(tài)實(shí)現(xiàn)工件的連接，焊接過程需要通過攪拌頭施加較大的壓緊力和攪拌頭向前運(yùn)動的力。因此，在攪拌摩擦焊特殊的高溫環(huán)境下，焊接熔點(diǎn)較高的金屬材料時(shí)，攪拌頭磨損較為嚴(yán)重，且設(shè)備一般比較笨重和復(fù)雜。另外，焊接熔點(diǎn)高、厚度大的材料時(shí)，焊接速度往往較低。焊接時(shí)，待焊工件需要?jiǎng)傂怨潭ǎ瑢υO(shè)備裝夾要求較高，焊縫的背面需要加墊板進(jìn)行剛性支撐。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種攪拌頭供電輔助復(fù)合式雙軸攪拌摩擦焊接方法，可以使焊接作用力減小，減輕攪拌頭的磨損，極大的延長攪拌頭的壽命；簡化焊接設(shè)備和夾具安裝要求，實(shí)現(xiàn)大厚度工件的攪拌摩擦焊接，提高焊接速率，減少焊接缺陷，提高焊接接頭的強(qiáng)度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種攪拌頭供電輔助復(fù)合式雙軸攪拌摩擦焊接方法，包括以下步驟：

1)將第一待焊工件1和第二待焊工件2裝夾固定在焊接工作臺上，第一待焊工件1和第二待焊工件2之間的接縫間隙為0～0.6mm，焊接工作臺及工件夾具需要進(jìn)行絕緣處理；

2)第一待焊工件1、第二待焊工件2、第一攪拌頭3、第二攪拌頭4通過第一攪拌頭3、第二攪拌頭4連接的碳刷7用導(dǎo)線8和直流開關(guān)電源5連接形成閉合電流回路，直流開關(guān)電源5上電，高速旋轉(zhuǎn)的第一攪拌頭3和第二攪拌頭4分別扎入第一待焊工件1和第二待焊工件2接縫的兩側(cè)，軸肩b對接縫處施加頂鍛壓力，電流流過待焊工件內(nèi)部產(chǎn)生電阻熱，使第一待焊工件1和第二待焊工件2接縫處的金屬材料軟化，直流開關(guān)電源5提供500～2000A的電流，電壓為3～20V；

3)高速旋轉(zhuǎn)的第一攪拌頭3和第二攪拌頭4使接縫處的金屬組織在攪拌頭的攪拌摩擦作用下達(dá)到塑化狀態(tài)，第一攪拌頭3和第二攪拌頭4的轉(zhuǎn)速為500～1500轉(zhuǎn)/分鐘；同時(shí)，第一攪拌頭3和第二攪拌頭4上連接的超聲波激振器6打開，沿第一攪拌頭3和第二攪拌頭4軸線A-A方向?qū)涌p處塑化的金屬進(jìn)行微鍛處理，使焊縫處的金屬組織晶粒得到細(xì)化；然后，第一攪拌頭3和第二攪拌頭4沿著接縫的方向向前進(jìn)給運(yùn)動，進(jìn)給速度為50～300mm/min，塑化的金屬在第一攪拌頭3和第二攪拌頭4的攪拌及擠壓作用下，不斷填充到攪拌針a移動后所形成的空腔中，并逐漸冷卻凝固形成最終焊縫1-2，從而完成第一待焊工件1和第二待焊工件2接縫的攪拌摩擦焊接。