專利名稱：一種輕質(zhì)合金-鋼無匙孔攪拌摩擦點焊焊接方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓力焊中的攪拌摩擦焊，國際專利分類為B23K20/12。
背景技術(shù)：
攪拌摩擦焊技術(shù)擁有諸多獨特的優(yōu)點，對于輕合金材料(如鋁、銅、鎂、鋅等)的連接在焊接方法、力學(xué)性能和生產(chǎn)效率上具有其他焊接方法不可比擬的優(yōu)越性。攪拌摩擦焊是一種固相連接方法，焊縫接頭具有優(yōu)良的力學(xué)性能和小的焊接變形，焊接過程中不需要添加保護(hù)氣和焊絲，沒有熔化、煙塵、飛濺及弧光，是一種環(huán)保型的新型連接技術(shù)。輕質(zhì)合金一鋼攪拌摩擦點焊是在攪拌摩擦焊的基礎(chǔ)上新近研究開發(fā)的一種新的固相焊接技術(shù)，具有接頭質(zhì)量高、缺陷少、變形小等優(yōu)點。但是，傳統(tǒng)的攪拌摩擦點焊在焊接完成時，均在焊點接頭處留下不可消除的匙孔，對接頭力學(xué)性能有一定影響。目前在公開的資料報道中，目前在工業(yè)上采用的無匙孔攪拌摩擦點焊主要是德國 GKSS研究中心于1999年發(fā)明的攪拌摩擦點焊，采用特殊的攪拌頭，通過精確控制攪拌頭各部件的相對運動，在攪拌頭回撤的同時擠壓焊點金屬以填充攪拌頭在焊接過程中形成的匙孔，采用該方法焊接的點焊縫平整，焊點中心沒有匙孔。攪拌摩擦點焊的攪拌頭主要由三部分組成，分別為最內(nèi)部的攪拌針、中間層的套筒以及最外層的夾套。其中，夾套在焊接時固定，不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，而中間層的套筒和最內(nèi)層的攪拌針在焊接時既發(fā)生旋轉(zhuǎn)也發(fā)生沿軸向的相對運動。此種方法對于塑性好、強度低的輕質(zhì)金屬可以實現(xiàn)擠壓焊點金屬回填匙孔，但對于塑性差、強度高的鋼難以實現(xiàn)金屬回填，而未見由此方法實現(xiàn)鋼一輕質(zhì)合金的無匙孔攪拌摩擦點焊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種輕質(zhì)合金一鋼無匙孔攪拌摩擦點焊焊接方法及裝置。本發(fā)明是一種輕質(zhì)合金一鋼無匙孔攪拌摩擦點焊焊接方法及裝置，其方法的步驟為(1)按鋼板在上、輕質(zhì)合金板在下的方式搭接；(2)驅(qū)動攪拌針插入到被焊材料中，驅(qū)動攪拌頭在鋼板上旋轉(zhuǎn)摩擦，時間持續(xù)1 3秒，產(chǎn)生熱量，使鋼板軟化；(3)接著攪拌頭下壓并擠壓鋼板，當(dāng)摩擦頭下表面下壓到鋼板上表面0. 1 0. 3mm 時，在該深度上停留5 15秒，利用攪拌頭的頂鍛力以及摩擦頭旋轉(zhuǎn)與鋼板摩擦產(chǎn)生摩擦熱，使被輕質(zhì)合金、鋼接觸表面產(chǎn)生塑性流動，有效地清除材料表面的氧化物，使鋼_輕質(zhì)合金界面清潔；(4)利用攪拌頭的頂鍛、旋轉(zhuǎn)摩擦使輕質(zhì)合金、鋼接觸表面產(chǎn)生塑性變形，使接頭處鋼板形成攪拌區(qū)域，輕質(zhì)合金無明顯的攪拌區(qū)域，然后攪拌頭上升，焊接完成，得到無匙孔的點焊接頭。用于實現(xiàn)以上所述方法的焊接裝置，電機6與機頭固定在機架上，電機6能夠在機頭套筒中的導(dǎo)槽內(nèi)上下滑動，電機6和減速器7連接，減速器7與絲杠4連接，絲杠4和固定的絲杠螺母5連接，絲杠4和攪拌針夾頭3連接，攪拌針1的一端裝入攪拌針夾頭3，攪拌針1的另一端穿過在攪拌頭_軸肩2上開設(shè)的導(dǎo)向孔。本發(fā)明的有益之處在于(1)實現(xiàn)輕質(zhì)合金一鋼無匙孔異種金屬的攪拌摩擦點焊；(2)提高其接頭力學(xué)性能，同時獲得力學(xué)性能較高及無匙孔的點焊接頭；(3)設(shè)備成本低，回抽機構(gòu)簡單易行，消除匙孔時間短。


圖1為本發(fā)明方法第二步的示意圖，圖2為第三步的示意圖，圖3是第四步的示意圖，圖4本發(fā)明裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是圖4中A處的局部結(jié)構(gòu)放大圖。
具體實施例方式如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明的輕質(zhì)合金一鋼無匙孔攪拌摩擦點焊焊接方法的步驟為(1)按鋼板在上、輕質(zhì)合金板在下的方式搭接；(2)驅(qū)動攪拌針插入到被焊材料中，驅(qū)動攪拌頭在鋼板上旋轉(zhuǎn)摩擦，時間持續(xù)1 3秒，產(chǎn)生熱量，使鋼板軟化；(3)接著攪拌頭下壓并擠壓鋼板，當(dāng)摩擦頭下表面下壓到鋼板上表面0. 1 0. 3mm 時，在該深度上停留5 15秒，利用攪拌頭的頂鍛力以及摩擦頭旋轉(zhuǎn)與鋼板摩擦產(chǎn)生摩擦熱，使被輕質(zhì)合金、鋼接觸表面產(chǎn)生塑性流動，有效地清除材料表面的氧化物，使鋼_輕質(zhì)合金界面清潔；(4)利用攪拌頭的頂鍛、旋轉(zhuǎn)摩擦使輕質(zhì)合金、鋼接觸表面產(chǎn)生塑性變形，使接頭處鋼板形成攪拌區(qū)域，輕質(zhì)合金無明顯的攪拌區(qū)域，然后攪拌頭上升，焊接完成，得到無匙孔的點焊接頭。如圖4、圖5所述，本發(fā)明的裝置電機6與機頭固定在機架上，電機6能夠在機頭套筒中的導(dǎo)槽內(nèi)上下滑動，電機6和減速器7連接，減速器7與絲杠4連接，絲杠4和固定的絲杠螺母5連接，絲杠4和攪拌針夾頭3連接，攪拌針1的一端裝入攪拌針夾頭3，攪拌針1 的另一端穿過在攪拌頭-軸肩2上開設(shè)的導(dǎo)向孔。如圖1、圖2、圖3、圖5所示，鋼板在上，輕質(zhì)合金在下，焊接開始前，根據(jù)焊件材料的厚度通過電機6和減速器7來調(diào)整攪拌針1的伸出長度。焊接開始時，攪拌針1在鋼板上旋轉(zhuǎn)摩擦產(chǎn)生熱量，使鋼板軟化，接著軸肩2下降，攪拌針1插入到被焊材料中。當(dāng)軸肩 2下表面下壓到鋼板上表面時，通過軸肩2旋轉(zhuǎn)與鋼板摩擦產(chǎn)生高溫，使被焊材料塑性進(jìn)一步提高。當(dāng)被焊材料塑性提高到一定值時，通過攪拌頭周圍高溫摩擦熱和材料塑性流動相互作用，形成焊點接頭，并且在攪拌頭周圍形成的一種圓環(huán)狀輕質(zhì)合金一鋼攪拌區(qū)域與材料發(fā)生重結(jié)晶的區(qū)域中產(chǎn)生一定冶金連接。此時，工作臺前進(jìn)，同時攪拌針1回抽。在工作臺前進(jìn)過程中，進(jìn)一步形成接頭。攪拌針1在回抽過程中留下的匙孔通過軸肩2作用產(chǎn)生塑性流動的材料所填充。當(dāng)工作臺前進(jìn)距離等于軸肩2直徑的一半時，工作臺前進(jìn)停止，攪拌針1也回抽完畢，攪拌頭整體上升，焊接完成，即可得到無匙孔的點焊接頭。例如，在焊接Imm厚的鋼板與3mm厚的鎂合金板時，攪拌針1伸出2mm，軸肩直徑20mm。當(dāng)軸肩2下表面與鋼板上表面摩擦20秒時，工作臺開始前進(jìn)，與此同時，攪拌針1也開始回抽。當(dāng)工作臺前進(jìn)距離為IOmm時停止，此時攪拌針1完成回抽動作，焊接完成。
權(quán)利要求
1.一種輕質(zhì)合金一鋼無匙孔攪拌摩擦點焊焊接方法，其步驟為(1)按鋼板在上、輕質(zhì)合金板在下的方式搭接；(2)驅(qū)動攪拌針插入到被焊材料中，驅(qū)動攪拌頭在鋼板上旋轉(zhuǎn)摩擦，時間持續(xù)1 3秒， 產(chǎn)生熱量，使鋼板軟化；(3)接著攪拌頭下壓并擠壓鋼板，當(dāng)摩擦頭下表面下壓到鋼板上表面0.1 0. 3mm時， 在該深度上停留5 15秒，利用攪拌頭的頂鍛力以及摩擦頭旋轉(zhuǎn)與鋼板摩擦產(chǎn)生摩擦熱， 使被輕質(zhì)合金、鋼接觸表面產(chǎn)生塑性流動，有效地清除材料表面的氧化物，使鋼_輕質(zhì)合金界面清潔；(4)利用攪拌頭的頂鍛、旋轉(zhuǎn)摩擦使輕質(zhì)合金、鋼接觸表面產(chǎn)生塑性變形，使接頭處鋼板形成攪拌區(qū)域，輕質(zhì)合金無明顯的攪拌區(qū)域，然后攪拌頭上升，焊接完成，得到無匙孔的點焊接頭。
2.用于實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的焊接裝置，電機(6)與機頭固定在機架上，其特征在于電機(6)能夠在機頭套筒中的導(dǎo)槽內(nèi)上下滑動，電機(6)和減速器(7)連接，減速器(7) 與絲杠⑷連接，絲杠⑷和固定的絲杠螺母(5)連接，絲杠⑷和攪拌針夾頭(3)連接， 攪拌針(1)的一端裝入攪拌針夾頭(3)，攪拌針(1)的另一端穿過在攪拌頭-軸肩(2)上開設(shè)的導(dǎo)向孔。
全文摘要
一種輕質(zhì)合金—鋼無匙孔攪拌摩擦點焊焊接方法及裝置，其方法的步驟為攪拌針插入到被焊材料中，攪拌頭在鋼板上旋轉(zhuǎn)摩擦，時間持續(xù)1～3秒，使鋼板軟化；接著攪拌頭下壓并擠壓鋼板，當(dāng)摩擦頭下表面下壓到鋼板上表面0.1～0.3mm時，在該深度上停留5～15秒，使被輕質(zhì)合金、鋼接觸表面產(chǎn)生塑性流動；接頭處鋼板形成攪拌區(qū)域，輕質(zhì)合金無明顯的攪拌區(qū)域，然后攪拌頭上升，焊接完成，得到無匙孔的點焊接頭；其裝置中電機(6)和減速器(7)連接，減速器(7)與絲杠(4)連接，絲杠(4)和固定的絲杠螺母(5)連接，絲杠(4)和攪拌針夾頭(3)連接，攪拌針(1)的一端裝入攪拌針夾頭(3)，攪拌針(1)的另一端穿過在攪拌頭-軸肩(2)上開設(shè)的導(dǎo)向孔。
文檔編號B23K20/26GK102319952SQ20111017269
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者劉曉, 張忠科, 李博強, 王培中, 王希靖, 趙鋼, 陳劍虹 申請人:蘭州理工大學(xué), 通用汽車環(huán)球科技運作有限公司