[發(fā)明專利]一種提高回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊焊接效率的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110666747.0
• 申請(qǐng)日: 2021-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN113369670A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 申志康;陳海燕;劉鑫宇;李文亞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K20/12
• 分類號(hào): B23K20/12
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 屠沛

本發(fā)明提供了一種提高回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊焊接效率的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中焊接時(shí)間長(zhǎng)，焊接效率低，不利于工業(yè)化生產(chǎn)的問(wèn)題，該方法主要是在使用傳統(tǒng)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊進(jìn)行焊接過(guò)程中，在套筒下壓階段，提高套筒的下壓速度，下壓速度為80?520mm/min；該方法通過(guò)提高攪拌頭下壓速度，增大了下壓力，使得熱輸入率和熱利用率增大，同時(shí)，焊接插入時(shí)間縮短，熱量來(lái)不及散失到周圍環(huán)境中，使套筒下壓而擠入攪拌針回抽形成空腔內(nèi)的材料發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，最后進(jìn)行回填，形成無(wú)缺陷組織致密的焊接接頭。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊 焊接效率的方法。

背景技術(shù)

回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊(Refill friction stir spot welding，RFSSW)是一種固態(tài)連接技術(shù)，通過(guò)攪拌工具的快速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生大量的熱以及強(qiáng)烈的塑性變形來(lái) 使焊接材料局部塑性化。因此這項(xiàng)技術(shù)適用于輕金屬的連接，如鋁合金，鎂 合金或鈦合金。由于該焊接過(guò)程不涉及材料的熔化及凝固，因此可以避免傳 統(tǒng)電阻點(diǎn)焊所帶來(lái)的凝固缺陷。

現(xiàn)有的回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊主要分為四個(gè)步驟：1)壓緊環(huán)壓在上板 (位于上方的待焊材料)表面，套筒和攪拌針開始同步旋轉(zhuǎn)并與待焊材料摩 擦產(chǎn)熱進(jìn)而使材料塑化；2)攪拌針和套筒分別向上、向下運(yùn)動(dòng)，套筒將塑 性金屬擠入攪拌針向上運(yùn)動(dòng)所留下的空腔，此為套筒下壓階段；3)下壓量 到達(dá)一定值后，攪拌針下壓將塑性金屬擠入套筒回抽所留下的空腔，此為回 填階段；4)攪拌頭(包括壓緊環(huán)、攪拌針及套筒)撤離焊件表面。

目前，出于輕量化設(shè)計(jì)的考慮，鋁合金回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)已經(jīng)在 航空航天和汽車領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊的熱利 用率較低，一般需要3～5s的焊接時(shí)間才能獲得成型較好的接頭，焊接時(shí)間 長(zhǎng)，焊接效率低，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中焊接時(shí)間長(zhǎng)，焊接效率低，不利于工 業(yè)化生產(chǎn)的問(wèn)題，而提供一種提高回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊焊接效率的方法，以 縮短回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊形成良好焊接接頭的時(shí)間。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)解決方案是：

一種提高回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊焊接效率的方法，其特殊之處在于：

使用傳統(tǒng)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊進(jìn)行焊接過(guò)程中，在套筒下壓階段，提高 套筒的下壓速度，下壓速度為80-520mm/min。

進(jìn)一步地，為了增大本焊接方法的熱輸入率與熱利用率，在回填階段， 提高攪拌針下壓速度，下壓速度為80-520mm/min。

進(jìn)一步地，在焊接之前，對(duì)待焊材料進(jìn)行打磨，用丙酮清除工件表面的 雜質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述套筒為外壁加工有螺紋且底部加工有凹槽，套筒下方的 凹槽增大了攪拌頭在其運(yùn)動(dòng)方向上的受力面積，進(jìn)而增大下壓力和焊接熱輸 入，使被焊材料發(fā)生充分流動(dòng)，進(jìn)而獲得了充分回填且無(wú)焊接缺陷，組織致 密的接頭。

本發(fā)明的構(gòu)思：

為了克服傳統(tǒng)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明對(duì)傳統(tǒng)式攪 拌摩擦點(diǎn)焊(FSSW)的產(chǎn)熱機(jī)制進(jìn)行分析和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)式FSSW中 95％以上的塑性變形熱以熱量的形式散失到周圍環(huán)境中，僅有很少一部分 (5％)以晶體缺陷(如位錯(cuò)等)和晶界的形式儲(chǔ)存在組織內(nèi)部，因此熱利 用率較低。

同時(shí)，發(fā)現(xiàn)影響傳統(tǒng)FSSW熱輸入與熱利用率的兩個(gè)重要工藝參數(shù)分別 為攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度與焊接過(guò)程中攪拌頭的下壓速度。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在傳統(tǒng)式FSSW中可通過(guò)提高攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度來(lái)增加摩 擦熱和降低攪拌頭下壓力，但當(dāng)攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到1500rpm時(shí)，繼續(xù)提高 旋轉(zhuǎn)速度對(duì)提高熱量或熱利用率的影響可忽略不計(jì)，且通過(guò)扭矩所產(chǎn)生的熱 量在攪拌頭下壓階段急劇下降，可見，攪拌頭旋轉(zhuǎn)速率的影響效果有限；