[發明專利]超聲振動輔助摩擦焊接方法

有效

• 申請號: 201811378132.2
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109226956B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 杜隨更;王松林;李文采;李志遠
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明公開了一種超聲振動輔助摩擦焊接方法，用于解決現有輔助摩擦焊接方法焊接接頭強度差的技術問題。技術方案是在旋轉或線性摩擦焊接過程中，除在摩擦界面上施加正壓力和摩擦剪力產生摩擦熱及塑性變形外，在移動端工件上施加超聲振動，傳遞到摩擦界面上的超聲振動能夠使摩擦界面上高溫金屬變形抗力下降，促進其塑性變形，從而能夠在較小的摩擦壓力下也能產生較大的塑性變形量，最終實現兩側工件的有效連接，提高了摩擦焊接接頭強度。

技術領域

本發明涉及一種輔助摩擦焊接方法，特別涉及一種超聲振動輔助摩擦焊接方法。

背景技術

超聲波是頻率高于20kHz的聲波，具有功率大、方向性強和穿透性強等特點。其具有破碎氧化膜、打碎連續脆性相以及促進金屬流動、改善材料塑性、細化焊縫晶粒等作用，在焊接領域中有著廣泛的應用。

文獻1“申請公布號是CN106238901A的中國發明專利”公開了一種超聲輔助攪拌摩擦焊焊接工具及焊接方法。該方法在主機頭不旋轉的部位固定超聲加工工具，焊接過程中，超聲加工工具的端面與被焊材料的表面接觸?？梢杂行コ龤堄鄳?，提高焊縫質量。

文獻2“申請公布號是CN107695511A的中國發明專利”公開了一種超聲輔助異質材料攪拌摩擦搭接裝置及搭接方法。該方法將超聲裝置與攪拌摩擦焊接裝置共同作用于異質材料接頭，將傳統連接接頭中連續脆性相打碎，實現了異質材料的有效連接。解決了異質材料接頭由于材料物理化學性質差別大而造成的連接困難、內部缺陷及連續的脆性相的問題。

通過旋轉或線性摩擦焊連接室溫強度較低的非移動端工件(即旋轉端或振動端)與高溫強度較高的移動端工件時，移動端工件在較小的摩擦壓力下摩擦變形量小，非移動端工件與移動端工件接頭性能差；在較大的摩擦壓力下，非移動端工件母材內部就會受到損傷，影響非移動端工件性能，從而降低了非移動端工件與移動端工件的整體接頭強度。

發明內容

為了克服現有輔助摩擦焊接方法焊接接頭強度差的不足，本發明提供一種超聲振動輔助摩擦焊接方法。該方法在旋轉或線性摩擦焊接過程中，除在摩擦界面上施加正壓力和摩擦剪力產生摩擦熱及塑性變形外，在移動端工件上施加超聲振動，傳遞到摩擦界面上的超聲振動能夠使摩擦界面上高溫金屬變形抗力下降，促進其塑性變形，從而能夠在較小的摩擦壓力下也能產生較大的塑性變形量，最終實現兩側工件的有效連接，提高了摩擦焊接接頭強度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種超聲振動輔助摩擦焊接方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、將旋轉端工件1、移動端工件2分別夾持在旋轉摩擦焊機的旋轉夾具和移動夾具上；

步驟二、旋轉摩擦焊機通過主軸電機及旋轉夾具驅動旋轉端工件1旋轉，移動端液壓系統通過滑臺及移動夾具驅動移動端工件2逐漸靠近并壓在高速旋轉的旋轉端工件1上，摩擦壓力為50～350MPa，摩擦變形量為1.0～3.0mm，摩擦時間為3～12s；并同時將超聲波換能器輸出頭3壓在移動端工件2上，給移動端工件2施加超聲振動，振動頻率為20～100kHz；摩擦變形量或摩擦時間任一參數達到設定值時旋轉夾具停止旋轉，移動端液壓系統施加100～400MPa的頂鍛壓力，保壓4～6s。

一種超聲振動輔助摩擦焊接方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、將旋轉端工件1、移動端工件2分別夾持在旋轉摩擦焊機的旋轉夾具和移動夾具上，并將拘束套4套在移動端工件2上，拘束套4與移動端工件2的間隙為0.2～0.5mm，移動端工件2待焊接面伸出拘束套4外4.0～4.2mm；