[發明專利]一種附加熱源輔助攪拌摩擦焊接方法及裝置

有效

• 申請號: 201710566031.7
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107160029B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 秦國梁;江海紅;敖志勇;周軍
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/14;B23K20/26
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 任歡

1.一種附加熱源輔助攪拌摩擦焊接裝置，其特征在于，包括：

用于焊接的攪拌頭，攪拌頭旋轉插入工件對接或搭接焊縫中且攪拌頭可移動；

用于向工件提供熱量在工件表面形成附加熱源加熱區域的附加熱源部件，附加熱源部件設于攪拌頭的前方，且距離攪拌頭設定距離，附加熱源部件與工件上表面的夾角為α，30°≤α≤90°；

氣體保護裝置，氣體保護裝置位于附加熱源加熱區域側上方和/或攪拌頭前方，用于對焊接區域通入保護氣體；

所述附加熱源部件通過剛性連接件與所述的攪拌頭的夾持機構連接，實現攪拌頭與附加熱源部件的運動同步；

所述附加熱源部件提供的附加熱源是激光；

所述攪拌頭的移動速度即焊接速度V₁與焊縫長度S、附加熱源功率P的關系式為：

其中，ΔH為工件摩爾融化熱，n為激光輻照工件單位摩爾量，ΔT為工件液固相線溫差，V₂為工件冷卻速率。

2.根據權利要求1所述的一種附加熱源輔助攪拌摩擦焊接裝置，其特征在于，所述保護氣體為氮氣或氬氣或氦氣或二氧化碳或氫氣或氬氣與氦氣的混合氣或二氧化碳氣體與氬氣的混合氣、或二氧化碳氣體與氦氣的混合氣或氫氣與氬氣的混合氣。

3.根據權利要求1所述的一種附加熱源輔助攪拌摩擦焊接裝置，其特征在于，所述氣體保護裝置包括氣體保護噴嘴，氣體保護噴嘴軸向與工件上表面的夾角為β，0°≤β≤90°。

4.根據權利要求1所述的一種附加熱源輔助攪拌摩擦焊接裝置，其特征在于，所述攪拌頭的軸肩直徑為1mm～100mm。

5.一種附加熱源輔助攪拌摩擦焊接方法，其特征在于，具體步驟如下：

1)附加熱源部件設在攪拌頭前方、工件上表面，其移動速度與焊接速度一致，附加熱源部件與工件上表面的夾角為α，30°≤α≤90°，在附加熱源部件加熱區域上方和/或攪拌頭前方設置可通保護氣體的氣體保護裝置；

2)焊接開始前，通過附加熱源部件對工件進行加熱至熔化狀態，然后冷卻至半固態或超塑性狀態，或者直接加熱工件待焊部位達到半固態或超塑性狀態；

3)焊接過程中，附加熱源部件與攪拌頭的攪拌針移動方向始終為焊接方向，附加熱源加熱工件到半固態或超塑性狀態，攪拌頭以設定的焊接速度沿附加熱源前進方向在半固態或超塑性狀態區域施焊；

所述附加熱源部件提供的附加熱源是激光；

所述攪拌頭的移動速度即焊接速度V₁與焊縫長度S、附加熱源功率P的關系式為：

其中，ΔH為工件摩爾融化熱，n為激光輻照工件單位摩爾量，ΔT為工件液固相線溫差，V₂為工件冷卻速率；

4)氣體保護裝置在附加熱源加熱區域上方和/或攪拌頭前方，通有保護氣體對焊接區域進行保護。

6.根據權利要求5所述的一種附加熱源輔助攪拌摩擦焊接方法，其特征在于，當對同種材料的工件進行焊接時，附加熱源加熱區域在工件上表面位置為焊縫中心，也是攪拌頭施焊中心。

7.根據權利要求5所述的一種附加熱源輔助攪拌摩擦焊接方法，其特征在于，當對異種材料的工件進行焊接時，所述附加熱源加熱區域在工件上表面位置偏向高熔點材料一側，偏距根據異種材料熔點差值確定。