[發明專利]一種利用旋轉高能束作為攪拌針的攪拌摩擦焊方法及其裝置

有效

• 申請號: 202011630315.6
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112719565B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 萬龍;鄒明達;黃體方;黃永憲
• 申請（專利權）人: 昆山哈工萬洲焊接研究院有限公司;哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 北京君恒知識產權代理有限公司 11466
• 代理人: 張林

本發明涉及焊接技術領域，更具體的說是一種利用旋轉高能束作為攪拌針的攪拌摩擦焊方法及其裝置，包括高能束發射器、焊接工具和焊接材料，所述高能束發射器發射出高能束作用于焊接材料上對焊縫進行焊接，一種利用旋轉高能束攪拌針的攪拌摩擦焊的方法，步驟一：高能束發射器和焊接工具裝夾至攪拌摩擦焊焊機上；步驟二：將攪拌摩擦焊機上攪拌頭外殼移動至焊接材料的對接縫隙處；步驟三：啟動攪拌摩擦焊機，攪拌頭外殼及下部軸肩轉動，同時內部高能束發射器帶動發出的高能束沿攪拌頭外殼旋轉中心進行旋轉；步驟四：焊接結束后軸肩離開焊接材料，關閉高能束發射器，待裝置整體冷卻后停止通入保護氣，拆卸焊接材料完成焊接過程。

技術領域

本發明涉及焊接技術領域，更具體的說是一種利用旋轉高能束作為攪拌針的攪拌摩擦焊方法及其裝置。

背景技術

攪拌摩擦焊由于其高效、環保等優勢，已引起世界范圍內的廣泛關注與研究。但其焊接熱源來自與攪拌頭與焊材的機械摩擦。其焊接效率較慢，在焊接薄板的過程中易發生焊縫撕裂。另外基于攪拌摩擦焊本身的固有特征，被焊零件的末端存在匙孔，焊縫相比母材會有減薄。匙孔與減薄的存在將降低該處薄板焊縫的承載能力。

使用旋轉高能束作為攪拌針替代原始實體攪拌針可使焊接過程中熱源更集中，有效地降低焊接所需的頂鍛力與前進力要求。在焊接過程中可降低薄板金屬的變形并擴大攪拌摩擦焊工藝的適用范圍。

為實現外加熱源對攪拌摩擦焊焊接過程的優化，中國公開專利CN104551379A提出了一種攪拌頭沿輔助熱源加熱路徑進行摩擦焊的復合熱源攪拌摩擦焊接方法，方法中焊接材料被輔助熱源加熱至塑化狀態后，由攪拌頭對其進行摩擦焊接；現有技術中存在攪拌摩擦焊在焊接厚度1mm以下薄板金屬材料時焊速較慢、焊接變形、底部未焊透等問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用旋轉高能束作為攪拌針的攪拌摩擦焊方法及其裝置，可以解決傳統攪拌摩擦焊在焊接厚度1mm以下薄板金屬材料時焊速較慢、焊接變形、底部未焊透等問題。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種利用旋轉高能束作為攪拌針的攪拌摩擦焊裝置，包括高能束發射器、焊接工具和焊接材料，所述高能束發射器發射出高能束作用于焊接材料上對焊縫進行焊接。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種利用旋轉高能束作為攪拌針的攪拌摩擦焊裝置，所述焊接工具包括攪拌頭外殼、中空內腔和軸肩，高能束發射器設置在攪拌頭外殼內，攪拌頭外殼內設置有中空內腔，攪拌頭外殼的下端設置有軸肩。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種利用旋轉高能束作為攪拌針的攪拌摩擦焊裝置，所述軸肩上設置有中心孔，中心孔和中空內腔連通，焊接時軸肩對焊接材料施加壓力。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種利用旋轉高能束作為攪拌針的攪拌摩擦焊裝置，所述攪拌頭外殼和高能束發射器的上部均與攪拌摩擦焊焊機連接，高能束焊接過程中沿攪拌頭外殼旋轉軸心發生轉動。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種利用旋轉高能束作為攪拌針的攪拌摩擦焊裝置，所述攪拌頭外殼與軸肩的制作材料應為高溫陶瓷或耐高溫金屬。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種利用旋轉高能束作為攪拌針的攪拌摩擦焊裝置，所述攪拌頭外殼通過空氣或外接水冷管進行冷卻。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種利用旋轉高能束作為攪拌針的攪拌摩擦焊裝置，所述中空內腔的內側面設置有內部反射層。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種利用旋轉高能束作為攪拌針的攪拌摩擦焊裝置，所述高能束為激光、等離子或者電子束。

作為本技術方案的進一步優化，本發明一種利用旋轉高能束作為攪拌針的攪拌摩擦焊裝置，所述高能束為激光或等離子束時中空內腔內填充氦氣或氬氣作為保護氣。