一種薄板t型接頭的焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種焊接同種或異種熱塑性材料薄板T型接頭的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，T型接頭結(jié)構(gòu)在航空航天、軌道交通、石油化工、汽車車體、船舶、橋梁、壓力容器等支撐結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛。它既可以承載單向應(yīng)力又可以承載多組組合力，T型接頭的應(yīng)用在減輕自重，提高壁板穩(wěn)定性方面優(yōu)勢(shì)巨大。但目前T型接頭主要通過擠壓成型、熔焊、鉚接、粘結(jié)的方式獲得。而上述成型方式均存在有以下不足之處:擠壓T型接頭要受到模具尺寸的嚴(yán)格限制且加工成本較高；采用熔焊又會(huì)使T型接頭出現(xiàn)較大的變形、軟化以及氣孔等問題；鉚接則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中。
[0003]T形接頭還可采用激光焊接工藝，尤其是在焊接較薄焊件T形接頭時(shí)，激光焊接具有一定優(yōu)勢(shì)，但需從T形接頭對(duì)接面的兩側(cè)進(jìn)行焊接，且接頭中易出現(xiàn)氣孔、裂紋、成形困難等問題，同時(shí)焊后變形難以控制。
[0004]此外，國(guó)外已經(jīng)看到攪拌摩擦焊T型接頭在商業(yè)運(yùn)用中的潛力，如在戰(zhàn)斗機(jī)的裙翼上成功實(shí)現(xiàn)了薄板攪拌摩擦焊的T型接頭的連接。但是常規(guī)的攪拌摩擦焊接在進(jìn)行T型接頭連接時(shí)容易出現(xiàn)溝槽、隧道缺陷，弱連接和Z型缺陷。對(duì)于厚度小于3_的薄板T型接頭，攪拌摩擦焊難以焊接，因?yàn)閿嚢枘Σ梁附覶型接頭時(shí)，攪拌針需要扎入豎直焊件，但豎直工件的厚度尺寸較小，工件空間不足以容納攪拌針，攪拌針極易碰撞墊板，造成攪拌針在焊接過程中磨損或斷裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種能夠避免出現(xiàn)氣孔、裂紋及應(yīng)力集中、降低成型成本的薄板T型接頭的焊接方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種薄板T型接頭的焊接方法，采用流動(dòng)摩擦焊工具，所述流動(dòng)摩擦焊工具包括與焊接設(shè)備相接的連接部和與薄板T型接頭接觸的流動(dòng)摩擦頭，所述流動(dòng)摩擦頭的端面設(shè)置至少一條螺旋槽，所述薄板T型接頭的焊接方法包括:
[0007]將流動(dòng)摩擦焊工具置于焊接設(shè)備上；
[0008]將薄板T型接頭的橫梁和縱梁固定于支撐夾具上；
[0009]所述流動(dòng)摩擦焊工具移至所述薄板T型接頭的橫梁的上表面，并以設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)；
[0010]所述流動(dòng)摩擦焊工具與所述薄板T型接頭的橫梁的上表面接觸，并向下施加壓力，使得所述流動(dòng)摩擦頭的前端扎入所述橫梁的上表面預(yù)定的深度，持續(xù)旋轉(zhuǎn)并停留一定的時(shí)間；
[0011]所述流動(dòng)摩擦焊工具繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并以一定的速度沿平行于所述橫梁的上表面方向移動(dòng)，完成焊接后，流動(dòng)摩擦焊工具向上移動(dòng)直至脫離所述薄板T型接頭的橫梁的上表面，焊接結(jié)束。
[0012]如上所述的薄板T型接頭的焊接方法，其中，所述流動(dòng)摩擦焊工具設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度為1000轉(zhuǎn)/分鐘?3000轉(zhuǎn)/分鐘。
[0013]如上所述的薄板T型接頭的焊接方法，其中，所述流動(dòng)摩擦頭的前端扎入所述橫梁的上表面的預(yù)定的深度為0.3mm。
[0014]如上所述的薄板T型接頭的焊接方法，其中，所述流動(dòng)摩擦頭在所述薄板T型接頭的橫梁的上表面持續(xù)旋轉(zhuǎn)并停留的時(shí)間為5秒?10秒。
[0015]如上所述的薄板T型接頭的焊接方法，其中，所述流動(dòng)摩擦焊工具沿平行于所述橫梁的上表面方向移動(dòng)速度為100mm/min?1000mm/min。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn):
[0017]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了薄板T型接頭的流動(dòng)摩擦焊接，可避免出現(xiàn)氣孔、裂紋及應(yīng)力集中，并降低了成型成本。
【附圖說明】
[0018]在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來限制本發(fā)明公開的范圍。另外，圖中的各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用于幫助對(duì)本發(fā)明的理解，并不是具體限定本發(fā)明各部件的形狀和比例尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以根據(jù)具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來實(shí)施本發(fā)明。
[0019]圖1為本發(fā)明薄板T型接頭的焊接方法的示意圖。
[0020]附圖標(biāo)記說明:
[0021]1-流動(dòng)摩擦焊工具；11-連接部；12-流動(dòng)摩擦頭；
[0022]2-薄板T型接頭；21_橫梁；22_縱梁；
[0023]3-支撐夾具。
【具體實(shí)施方式】
[0024]結(jié)合附圖和本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的描述，能夠更加清楚地了解本發(fā)明的細(xì)節(jié)。但是，在此描述的本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，僅用于解釋本發(fā)明的目的，而不能以任何方式理解成是對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的教導(dǎo)下，技術(shù)人員可以構(gòu)想基于本發(fā)明的任意可能的變形，這些都應(yīng)被視為屬于本發(fā)明的范圍。
[0025]請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明薄板T型接頭的焊接方法的示意圖。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明薄板T型接頭的焊接方法，采用流動(dòng)摩擦焊工具1，該流動(dòng)摩擦焊工具包括與焊接設(shè)備相接的連接部11，以及與薄板T型接頭2接觸的流動(dòng)摩擦頭12，流動(dòng)摩擦頭12的端面設(shè)置至少一條螺旋槽(圖中未示出)，該薄板T型接頭2的焊接方法包括:
[0027]步驟A，將流動(dòng)摩擦焊工具I置于焊接設(shè)備上；
[0028]步驟B，將薄板T型接頭2的橫梁21和縱梁22固定于支撐夾具3上；
[0029]步驟C，流動(dòng)摩擦焊工具I移至薄板T型接頭2的橫梁21的上表面，并以設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)；優(yōu)選的，所述流動(dòng)摩擦焊工具設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度為1000轉(zhuǎn)/分鐘?3000轉(zhuǎn)/分鐘。
[0030]步驟D，流動(dòng)摩擦焊工具I與薄板T型接頭2的橫梁21的上表面接觸，并向下施加壓力，使得流動(dòng)摩擦頭12前端扎入橫梁21的上表面預(yù)定的深度，優(yōu)選的，流動(dòng)摩擦頭12前端扎入橫梁21的上表面的預(yù)定的深度為0.3mm。流動(dòng)摩擦頭12持續(xù)旋轉(zhuǎn)并停留一定的時(shí)間，優(yōu)選的，流動(dòng)摩擦頭12在薄板T型接頭2的橫梁21的上表面持續(xù)旋轉(zhuǎn)并停留的時(shí)間為5秒?10秒。
[0031]步驟E，流動(dòng)摩擦焊工具I繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并以一定的速度沿平行于橫梁21的上表面方向移動(dòng)，優(yōu)選的，流動(dòng)摩擦焊工具I沿平行于橫梁21的上表面方向移動(dòng)速度為10mm/min ?1000mm/mino
[0032]步驟F，完成焊接后，流動(dòng)摩擦焊工具I向上移動(dòng)直至脫離薄板T型接頭2的橫梁21的上表面，焊接結(jié)束。
[0033]本發(fā)明采用流動(dòng)摩擦焊工具，焊接通過旋轉(zhuǎn)的焊接工具與材料接觸并摩擦產(chǎn)熱，將材料軟化并在焊接工具的作用下使得材料發(fā)生塑性流動(dòng)與混合，材料在焊接工具的頂鍛力作用下形成可靠的連接。焊接過程包括焊接扎入、焊接開始、焊接結(jié)束三個(gè)階段。
[0034]本發(fā)明采用的流動(dòng)摩擦焊接工具的流動(dòng)摩擦頭對(duì)塑化的焊件材料進(jìn)行拘束和驅(qū)動(dòng)作用，使流動(dòng)摩擦頭下面的金屬發(fā)生空間范圍內(nèi)的塑性流動(dòng)，而消除T型接頭中的焊接界面。因沒有攪拌摩擦焊技術(shù)中，攪拌針的扎入過程，因而可實(shí)現(xiàn)薄板T形接頭的焊接，且焊后變形小，接頭中沒有孔洞、隧道等缺陷。
[0035]本發(fā)明焊接T型接頭時(shí)，卡具的結(jié)構(gòu)和流動(dòng)摩擦焊接實(shí)施過程均簡(jiǎn)單，同時(shí)焊接過程中，產(chǎn)熱量小，接頭處的材料沒有熔化，因而接頭中沒有熔焊中常見的氣孔、夾渣等缺陷，且變形小。因而本發(fā)明在焊接T型接頭領(lǐng)域，具有一定工程應(yīng)用前景。
[0036]以下列舉三個(gè)薄板T型接頭流動(dòng)摩擦焊的實(shí)例:
[0037]實(shí)施例一
[0038]T形接頭的工件材料為6082-T6，厚度為3mm，流動(dòng)摩擦頭的端面直徑為Φ 15mm，流動(dòng)摩擦頭端面結(jié)構(gòu)包括2條螺旋槽。焊接過程中，流動(dòng)摩擦頭的旋轉(zhuǎn)速度為1500轉(zhuǎn)/分鐘，沿焊縫方向進(jìn)行焊接的速度為200毫米/分鐘。得到的T形接頭金相觀察無缺陷，變形小。
[0039]實(shí)施例二
[0040]T形接頭的水平工件材料是1.3mm厚紫銅，豎直工件為1.6mm厚鋁合金，流動(dòng)摩擦頭的端面直徑為Φ 10mm，流動(dòng)摩擦頭端面結(jié)構(gòu)包括I條螺旋槽。焊接過程中，流動(dòng)摩擦頭的旋轉(zhuǎn)速度為2800轉(zhuǎn)/分鐘，沿焊縫方向進(jìn)行焊接的速度為300毫米/分鐘。得到的T形接頭金相觀察無缺陷，變形小。
[0041]實(shí)施例三
[0042]T形接頭的工件材料為2024-T351，豎直工件的厚度為2.0mm,水平工件的厚度為1.6mm，流動(dòng)摩擦頭的端面直徑為Φ 15mm，流動(dòng)摩擦頭端面結(jié)構(gòu)包括3條螺旋槽。焊接過程中，流動(dòng)摩擦頭的旋轉(zhuǎn)速度為2000轉(zhuǎn)/分鐘，沿焊縫方向進(jìn)行焊接的速度為250毫米/分鐘。得到的T形接頭金相觀察無缺陷，變形小。
[0043]針對(duì)上述各實(shí)施方式的詳細(xì)解釋，其目的僅在于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋，以便于能夠更好地理解本發(fā)明，但是，這些描述不能以任何理由解釋成是對(duì)本發(fā)明的限制，特別是，在不同的實(shí)施方式中描述的各個(gè)特征也可以相互任意組合，從而組成其他實(shí)施方式，除了有明確相反的描述，這些特征應(yīng)被理解為能夠應(yīng)用于任何一個(gè)實(shí)施方式中，而并不僅局限于所描述的實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種薄板T型接頭的焊接方法，采用流動(dòng)摩擦焊工具，所述流動(dòng)摩擦焊工具包括與焊接設(shè)備相接的連接部和與薄板T型接頭接觸的流動(dòng)摩擦頭，所述流動(dòng)摩擦頭的端面設(shè)置至少一條螺旋槽，其特征在于，所述薄板T型接頭的焊接方法包括: 將流動(dòng)摩擦焊工具置于焊接設(shè)備上； 將薄板T型接頭的橫梁和縱梁固定于支撐夾具上； 所述流動(dòng)摩擦焊工具移至所述薄板T型接頭的橫梁的上表面，并以設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)； 所述流動(dòng)摩擦焊工具與所述薄板T型接頭的橫梁的上表面接觸，并向下施加壓力，使得所述流動(dòng)摩擦頭的前端扎入所述橫梁的上表面預(yù)定的深度，持續(xù)旋轉(zhuǎn)并停留一定的時(shí)間； 所述流動(dòng)摩擦焊工具繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并以一定的速度沿平行于所述橫梁的上表面方向移動(dòng)，完成焊接后，流動(dòng)摩擦焊工具向上移動(dòng)直至脫離所述薄板T型接頭的橫梁的上表面，焊接結(jié)束。
2.如權(quán)利要求1所述的薄板T型接頭的焊接方法，其特征在于，所述流動(dòng)摩擦焊工具設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度為1000轉(zhuǎn)/分鐘?3000轉(zhuǎn)/分鐘。
3.如權(quán)利要求1所述的薄板T型接頭的焊接方法，其特征在于，所述流動(dòng)摩擦頭的前端扎入所述橫梁的上表面的預(yù)定的深度為0.3_。
4.如權(quán)利要求1所述的薄板T型接頭的焊接方法，其特征在于，所述流動(dòng)摩擦頭在所述薄板T型接頭的橫梁的上表面持續(xù)旋轉(zhuǎn)并停留的時(shí)間為5秒?10秒。
5.如權(quán)利要求1所述的薄板T型接頭的焊接方法，其特征在于，所述流動(dòng)摩擦焊工具沿平行于所述橫梁的上表面方向移動(dòng)速度為100mm/min?1000mm/min。
【專利摘要】本發(fā)明一種薄板T型接頭的焊接方法，采用流動(dòng)摩擦焊工具，所述薄板T型接頭的焊接方法包括：將流動(dòng)摩擦焊工具置于焊接設(shè)備上；流動(dòng)摩擦焊工具移至薄板T型接頭，并以設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)；流動(dòng)摩擦焊工具與薄板T型接頭的上表面接觸，使得流動(dòng)摩擦頭的前端扎入橫梁的上表面，持續(xù)旋轉(zhuǎn)并停留一定的時(shí)間；流動(dòng)摩擦焊工具繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并以一定的速度沿平行于上表面方向移動(dòng)，完成焊接后，流動(dòng)摩擦焊工具向上上表面，焊接結(jié)束。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了薄板T型接頭的流動(dòng)摩擦焊接，可避免出現(xiàn)氣孔、裂紋及應(yīng)力集中，并降低了成型成本。
【IPC分類】B29C65-06
【公開號(hào)】CN104647740
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410843619
【發(fā)明人】馬正斌, 張坤, 王衛(wèi)兵, 欒國(guó)紅
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2014年12月30日