[發(fā)明專利]攪拌套旋轉(zhuǎn)摩擦生熱與鉚釘旋入式板材摩擦鉚焊連接方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010590058.1
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN113458585B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范淑琴;盧孟康;趙升噸;張鵬
• 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;B23P15/00
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 朱偉軍

本發(fā)明涉一種攪拌套旋轉(zhuǎn)摩擦生熱與鉚釘旋入式板材摩擦鉚焊連接方法，解決了輕質(zhì)合金多層板材連接的難題。其主要包括以下步驟：攪拌頭系統(tǒng)整體下壓將待連接點(diǎn)處鉚釘進(jìn)行定位并施加一定預(yù)緊力；攪拌套與攪拌針按照設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，攪拌套軸肩與鉚釘端面與輕質(zhì)合金上板材表面劇烈摩擦，生成大量摩擦熱將輕質(zhì)合金中心區(qū)域加熱至塑化狀態(tài)；攪拌套停止旋轉(zhuǎn)，攪拌針在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)往下沖壓，將鉚釘壓入塑化的輕質(zhì)合金多層板材內(nèi)；攪拌針停止沖壓并保壓旋轉(zhuǎn)一定時(shí)間讓塑化的輕質(zhì)合金充分填入鉚釘螺紋凹槽，將鉚釘包裹鑲嵌形成機(jī)械結(jié)合；攪拌套與攪拌針停止旋轉(zhuǎn)，攪拌頭退出連接點(diǎn)，待自然冷卻后形成致密的攪拌摩擦鉚焊接頭。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于焊接領(lǐng)域與鉚接領(lǐng)域，涉及一種攪拌套旋轉(zhuǎn)摩擦生熱與鉚釘旋入式板材摩擦鉚焊連接方法。

背景技術(shù)

輕質(zhì)合金多層板材常規(guī)的連接方法主要有螺栓連接、鉚接、熔化焊、釬焊及固相焊等，但螺栓連接和鉚接工件的氣密性較差、外觀質(zhì)量較差，而且未能實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。傳統(tǒng)的鉚接工藝都要求對鉚接材料進(jìn)行預(yù)沖孔，然后再用鉚釘進(jìn)行連接，這樣的鉚接工藝復(fù)雜、外觀差、效率低、密封性能差且不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。沖鉚連接可以實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)合金多層板材的連接，連接質(zhì)量優(yōu)于點(diǎn)焊，但鉚接時(shí)尾部出現(xiàn)突出鉚扣不夠平齊，且只能單點(diǎn)連接；輕質(zhì)合金多層板材熔化焊過程中熱輸入量過大且難以控制，嚴(yán)重影響接頭的可靠性。釬焊能實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)合金多層板材的連接，但釬焊效率低，工藝較難控制，對于工件尺寸及外形也有特殊的要求，不利于批量生產(chǎn)。攪拌摩擦點(diǎn)焊（Friction Stir Spot Welding，簡稱FSSW）屬于固相焊接的一種，由于基體在連接過程中保持固態(tài)，因此接頭的性能一般不受限于金屬間化合物，比較適于輕質(zhì)合金多層板材的連接，但退出匙孔卻影響了接頭外觀和接頭連接質(zhì)量。因此，現(xiàn)有的連接方法很難完全滿足航空航天、軍工武器裝備、汽車及石油石化等行業(yè)中輕質(zhì)合金多層板材制造的要求，亟需開發(fā)優(yōu)質(zhì)高效的輕質(zhì)合金多層板材材料連接的新技術(shù)。

攪拌摩擦點(diǎn)焊和沖鉚連接在輕質(zhì)合金多層板材的連接上都表現(xiàn)出各自的技術(shù)優(yōu)勢，如果能研發(fā)一種兼顧固相焊接和鉚接技術(shù)優(yōu)勢的新工藝、新方法，則相較于其他連接工藝在連接方法和接頭強(qiáng)度上必定會具有很大的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種攪拌套旋轉(zhuǎn)摩擦生熱與鉚釘旋入式板材摩擦鉚焊連接方法，滿足航空航天裝備、艦船、坦克、裝甲車等軍工裝備高強(qiáng)鋁合金關(guān)鍵部件的制造要求，采用攪拌摩擦鉚焊工藝實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)鋁合金雙層板材的高質(zhì)量連接，在冶金結(jié)合和鉚接機(jī)械鎖的共同作用下，形成連接強(qiáng)度高、氣密性好、連接點(diǎn)無退出匙孔的高質(zhì)量鉚焊接頭，滿足關(guān)鍵零部件的使用要求，解決了輕質(zhì)合金多層板材連接的難題。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：一種攪拌套旋轉(zhuǎn)摩擦生熱與鉚釘旋入式板材摩擦鉚焊連接方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

1）將輕質(zhì)合金多層板材搭接固定于多功能底座上；

2）攪拌頭系統(tǒng)整體下壓將待連接點(diǎn)處鉚釘進(jìn)行定位并施加一定預(yù)緊力；

3）攪拌套與攪拌針按照設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，攪拌套軸肩與鉚釘端面與輕質(zhì)合金上板材表面劇烈摩擦，生成大量摩擦熱將輕質(zhì)合金中心區(qū)域加熱至塑化狀態(tài)；

4）攪拌套停止旋轉(zhuǎn)，攪拌針在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)往下沖壓，將鉚釘壓入塑化的輕質(zhì)合金多層板材內(nèi)；

5）攪拌針停止沖壓并保壓旋轉(zhuǎn)一定時(shí)間讓塑化的輕質(zhì)合金充分填入鉚釘螺紋凹槽，將鉚釘包裹鑲嵌形成機(jī)械結(jié)合；

6）攪拌套與攪拌針停止旋轉(zhuǎn)，攪拌頭退出連接點(diǎn)，待自然冷卻后形成致密的攪拌摩擦鉚焊接頭。

進(jìn)一步地，在步驟3）中攪拌套、攪拌針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生摩擦熱的時(shí)間為2～5s，在步驟4）中攪拌針保壓旋轉(zhuǎn)時(shí)間為1～3s。