一種焊接不等厚零件的攪拌摩擦焊攪拌頭及焊接方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種焊接不等厚零件的攪拌摩擦焊攪拌頭及焊接方法，在現(xiàn)有攪拌頭的基礎(chǔ)上增加一個(gè)切割輔助軸肩，該輔助軸肩的作用是切割去除不等厚接頭中較厚側(cè)多余的材料，而獲得平整的攪拌摩擦焊焊縫。可在常規(guī)攪拌摩擦焊接設(shè)備上進(jìn)行，無(wú)需對(duì)設(shè)備的機(jī)頭或工裝進(jìn)行任何改裝，大大簡(jiǎn)化了對(duì)設(shè)備和焊接方法的要求；且在焊接過(guò)程中，攪拌頭的軸肩平行于零件的兩側(cè)表面，不會(huì)造成接頭金屬擠壓不足或剪切損傷，有利于保證零件的完整性及可靠性；此外，對(duì)于厚度突變的零件，攪拌頭的輔助切割軸肩也將發(fā)揮重要作用，保證零件焊接過(guò)程的順利進(jìn)行。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種焊接不等厚零件的攪拌摩擦焊攪拌頭及焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于攪拌摩擦焊接領(lǐng)域，涉及一種焊接不等厚零件的攪拌摩擦焊攪拌頭及方法，該攪拌頭易加工成型，焊接方法操作簡(jiǎn)便，接頭質(zhì)量高，可靠性好，易于推廣應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]英國(guó)焊接研究所(The Welding Institute)發(fā)明的攪拌摩擦焊(Friction StirWelding,簡(jiǎn)稱(chēng)FSW，美國(guó)專(zhuān)利N0.5，460，317)，是一項(xiàng)固相連接技術(shù)。該技術(shù)為傳統(tǒng)熔焊難以可靠解決的焊接難題提供了嶄新的思路，不等厚焊接問(wèn)題便是典型案例。采用傳統(tǒng)熔焊TIG焊焊接不等厚零件，需要預(yù)先對(duì)接頭進(jìn)行處理，即根據(jù)工藝需求加工出特定的坡口。激光焊焊接不等厚零件，對(duì)接頭焊前間隙有嚴(yán)格的要求。雖該兩種工藝均適用于不等厚零件的焊接，但是難以避免熔焊中常見(jiàn)的氣孔、夾雜等缺陷，以及焊后變形大的問(wèn)題。攪拌摩擦焊技術(shù)的出現(xiàn)很好的解決了熔焊難以焊接材料及結(jié)構(gòu)件的焊接問(wèn)題，能夠避免熔焊中常見(jiàn)的氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，是一種實(shí)現(xiàn)不等厚零件焊接的可靠方法。常規(guī)攪拌摩擦焊焊接不等厚度接頭時(shí)，采用的方案是根據(jù)接頭兩側(cè)母材的厚度差異，調(diào)整機(jī)頭角度或工裝傾角，保證焊接機(jī)頭與零件呈一定傾斜角度，然后進(jìn)行攪拌摩擦焊接，得到的不等厚接頭成形美觀、性能優(yōu)異。雖然該方案可以實(shí)現(xiàn)不等厚接頭的焊接，但在焊接過(guò)程中，需要焊接設(shè)備在具有焊接傾角的同時(shí)，還必須在垂直于焊接方向的平面內(nèi)調(diào)整角度，從而保證機(jī)頭與不等厚接頭間存在一定傾角進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不等厚接頭的攪拌摩擦焊接。即該方案要求機(jī)頭同時(shí)滿足實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向調(diào)整傾斜角度的要求，對(duì)焊接設(shè)備要求較高。另外，也可以通過(guò)調(diào)整工裝而滿足不等厚攪拌摩擦焊接的條件，但是很多情況下，由于零件接頭及產(chǎn)品尺寸的限制不允許工裝調(diào)整一定角度，因而，上述常規(guī)攪拌摩擦焊焊接不等厚接頭在工程應(yīng)用過(guò)程中，均具有一定的局限性。
[0003]采用常規(guī)攪拌摩擦焊技術(shù)焊接不等厚零件，需調(diào)整焊接設(shè)備的機(jī)頭或工裝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)攪拌頭在焊接方向及垂直于焊接方向的兩個(gè)方向傾斜，對(duì)設(shè)備要求較高，增加焊接的難度及成本；且在焊接過(guò)程中易存在攪拌頭的軸肩對(duì)薄板側(cè)金屬擠壓不足或剪切損傷，甚至導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生或零件的損壞，對(duì)接頭性能影響較大，所以其對(duì)焊接過(guò)程的操作控制要求也較高；另外，采用傳統(tǒng)攪拌摩擦焊技術(shù)焊接厚度突變的零件時(shí)，需分段多次焊接從而實(shí)現(xiàn)零件的連接，較耗時(shí)、難控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種焊接不等厚零件的攪拌摩擦焊攪拌頭及焊接方法。
[0006]技術(shù)方案
[0007]—種焊接不等厚零件的攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于:切割攪拌頭的輔助軸肩與軸肩端面呈3°?70°的錐面，切割輔助軸肩的高度比不等厚接頭中厚度較大側(cè)高3mm ?20mmo
[0008]所述錐面上設(shè)有螺紋，且螺紋的旋向與攪拌針上螺紋的旋向相反。
[0009]所螺紋的條數(shù)為I?6條。
[0010]一種采用所述任一項(xiàng)攪拌摩擦焊攪拌頭的焊接方法，其特征在于步驟如下:將攪拌頭置于焊接設(shè)備上，并以100?3000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)，攪拌針的軸線與不等厚對(duì)接焊縫重合，同時(shí)把不等厚接頭較厚側(cè)置于前進(jìn)側(cè)，然后焊接設(shè)備驅(qū)動(dòng)攪拌頭向焊接零件靠近，待攪拌頭的軸肩貼實(shí)不等厚接頭的厚度較小側(cè)母材上表面時(shí)，停留2?20秒之后沿著不等厚焊縫進(jìn)行攪拌摩擦焊接。
[0011]有益效果
[0012]本發(fā)明提出的一種焊接不等厚零件的攪拌摩擦焊攪拌頭及焊接方法，在現(xiàn)有攪拌頭的基礎(chǔ)上增加一個(gè)切割輔助軸肩，該輔助軸肩的作用是切割去除不等厚接頭中較厚側(cè)多余的材料，而獲得平整的攪拌摩擦焊焊縫?？稍诔Ｒ?guī)攪拌摩擦焊接設(shè)備上進(jìn)行，無(wú)需對(duì)設(shè)備的機(jī)頭或工裝進(jìn)行任何改裝，大大簡(jiǎn)化了對(duì)設(shè)備和焊接方法的要求；且在焊接過(guò)程中，攪拌頭的軸肩平行于零件的兩側(cè)表面，不會(huì)造成接頭金屬擠壓不足或剪切損傷，有利于保證零件的完整性及可靠性；此外，對(duì)于厚度突變的零件，攪拌頭的輔助切割軸肩也將發(fā)揮重要作用，保證零件焊接過(guò)程的順利進(jìn)行。
[0013]利用該焊接工具焊接不等厚零件，不需要增加主軸傾斜調(diào)整軸，也不需要調(diào)整工裝，可直接進(jìn)行攪拌摩擦焊接，且該焊接工具及方法也可適用于厚度漸變的零件，大大簡(jiǎn)化了不等厚零件攪拌摩擦焊接的工藝過(guò)程，顯著提升攪拌摩擦焊的工程適用性。
[0014]本發(fā)明的焊接工具不僅可以降低攪拌摩擦焊接不等厚零件時(shí)對(duì)焊接設(shè)備的要求，簡(jiǎn)化焊接過(guò)程，而且還可以保證焊接接頭的完整性和可靠性，提高零件的接頭性能，此外，對(duì)于厚度突變的零件焊接，本發(fā)明的焊接工具也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，本發(fā)明能有效優(yōu)化不等厚零件攪拌摩擦焊接的工藝過(guò)程，簡(jiǎn)化對(duì)焊接設(shè)備的要求，提高焊接效率，保證焊接接頭質(zhì)量，對(duì)攪拌摩擦焊的工程應(yīng)用具有很大的推動(dòng)作用。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1:本發(fā)明攪拌頭示意圖
[0016]I一攪拌針,2—軸肩端面，3—切割輔助軸肩；
[0017]圖2:本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施示意圖
[0018]4一攪拌頭，5—厚板，6—薄板，A—攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向，B—焊接方向(攪拌頭前進(jìn)方向)；
[0019]圖3:本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施2024/6082不等厚鋁合金焊接接頭示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0021]將攪拌頭置于焊接設(shè)備上，并以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)(根據(jù)被焊接材料的焊接)，攪拌針的軸線與不等厚對(duì)接焊縫重合，同時(shí)把不等厚接頭較厚側(cè)置于前進(jìn)側(cè)，然后焊接設(shè)備驅(qū)動(dòng)攪拌頭向焊接零件靠近，待攪拌頭的軸肩端面貼實(shí)不等厚接頭的薄板側(cè)母材上表面時(shí)，停留一定時(shí)間之后沿著不等厚焊縫進(jìn)行攪拌摩擦焊接。[0022]實(shí)施例一
[0023]焊接6082不等厚鋁合金，母材厚度分別為5mm和7mm。
[0024]加工攪拌頭軸肩直徑為Φ 12mm，切割輔助軸肩的角度為45°，高度為10mm。
[0025]焊接過(guò)程:將攪拌頭置于焊接設(shè)備上，并以500?1500轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，待軸肩接觸薄板母材上表面后，持續(xù)旋轉(zhuǎn)并在工件上停留5?10秒之后，然后沿焊縫焊接。試驗(yàn)結(jié)果表明接頭內(nèi)部沒(méi)有缺陷，拉伸試驗(yàn)件的斷裂位置均在5mm母材的攪拌摩擦焊接頭的熱影響區(qū)。
[0026]實(shí)施例二
[0027]焊接2024不等厚招合金，母材厚度分別為2mm和4mm ；
[0028]加工攪拌頭軸肩處直徑為Φ 10mm，切割輔助軸肩的角度為8°，高度為14mm。
[0029]焊接過(guò)程:將攪拌頭置于焊接設(shè)備上，并以800?2000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，待軸肩接觸薄板母材上表面后，持續(xù)旋轉(zhuǎn)并在工件上停留3?8秒之后，然后沿焊縫焊接。試驗(yàn)結(jié)果表面接頭內(nèi)部沒(méi)有缺陷，拉伸試驗(yàn)件的斷裂位置均在2mm母材側(cè)的攪拌摩擦焊接頭。
[0030]實(shí)施例三
[0031 ] 焊接2024與6082不等厚鋁合金，2024鋁合金厚度為4mm，6082鋁合金厚度分別為
4.5mm, 5mm, 5.5mm 和 6mm。
[0032]加工攪拌頭軸肩處直徑為Φ 15mm，切割輔助軸肩的角度為70°，高度為20mm。
[0033]焊接過(guò)程:將攪拌頭置于焊接設(shè)備上，并以600?1000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，待軸肩接觸2024鋁合金母材上表面后，持續(xù)旋轉(zhuǎn)并在工件上停留5?10秒之后，然后沿焊縫焊接。試驗(yàn)結(jié)果表面接頭內(nèi)部沒(méi)有缺陷，拉伸試驗(yàn)件的斷裂位置在6082側(cè)攪拌摩擦焊接頭的邊緣，結(jié)果如圖3所示。
【權(quán)利要求】
1.一種焊接不等厚零件的攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于:切割攪拌頭的輔助軸肩與軸肩端面呈3°?70°的錐面，切割輔助軸肩的高度比不等厚接頭中厚度較大側(cè)高3mm?20mmo
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述焊接不等厚零件的攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于:所述錐面上設(shè)有螺紋，且螺紋的旋向與攪拌針上螺紋的旋向相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述焊接不等厚零件的攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于:所螺紋的條數(shù)為I?6條。
4.一種采用權(quán)利要求1?3所述任一項(xiàng)攪拌摩擦焊攪拌頭的焊接方法，其特征在于步驟如下:將攪拌頭置于焊接設(shè)備上，并以100?3000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)，攪拌針的軸線與不等厚對(duì)接焊縫重合，同時(shí)把不等厚接頭較厚側(cè)置于前進(jìn)側(cè)，然后焊接設(shè)備驅(qū)動(dòng)攪拌頭向焊接零件靠近，待攪拌頭的軸肩貼實(shí)不等厚接頭的厚度較小側(cè)母材上表面時(shí)，停留2?20秒之后沿著不等厚焊縫進(jìn)行攪拌摩擦焊接。
【文檔編號(hào)】B23K20/26GK103949769SQ201410186236
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】李文亞, 李錦鋒, 張志函, 高大路, 王衛(wèi)兵 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)