[发明专利]搅拌摩擦焊接表面残余应力控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械加工法及装置，尤其是一种搅拌摩擦焊加工方法及 装置，具体地说是一种搅拌摩擦焊接表面残余应力控制方法及装置。

背景技术

众所周知，搅拌摩擦焊与传统的熔化焊接方法、离子束焊接及激光等焊 接方法相比，其热输入量低，焊后的变形尺寸较小。但是在实际的产品焊接 过程中发现，搅拌摩擦焊焊后的表面残余应力分布存在着一定的不均匀性， 焊后的变形随着板厚的减小表现尤为突出。目前国内外对搅拌摩擦焊表面残 余应力的处理方法较少，大部分集中在变形处理上，变形处理主要是夹具的 改进以及焊后的矫正方面，这些方法在一定的程度上解决了变形的问题，但 随后带来的残余应力分布更加的不均匀性，严重降低了搅拌摩擦焊焊接的产 品使用性能。而且这些方法所用的设备比较庞大，成本较高，在实际的应用 中得到很大的限制。

申请号为200510105425.X，发明名称为《采用介质冷却搅拌摩擦焊接方 法及装置的中国专利公开了一种采用可跟随搅拌头移动的热沉，对仍处于高 温状态的焊缝进行局部冷却，从而控制焊接应力与变形的方法。这种方法只 能局部的控制焊接应力和变形，而不能从整体上控制整个的焊接材料的焊接 应力和变形，因此其应用还是存在一定的局限性。

申请号为200910115722.0，发明名称为《一种搅拌摩擦焊焊缝变形的控 制方法》的中国专利公开了一种在搅拌头对工件搅拌摩擦生热、形成焊缝后， 焊接金属还处在热塑性状态或稍低于热塑性温度区间，碾压装置对焊缝进行 碾压，使得焊缝金属有效延展，消除或减少焊接接头的变形方法。这种方法 只解决了焊缝处的焊接变形，而且造成焊缝周围材料的表面残余应力增大， 另外碾压力还降低了焊缝的厚度，产生了严重的减薄效应，因此此种焊接方 法对于要求高的零部件焊接受到限制。

发明内容

本发明的目的是针对现有的针对搅拌摩擦焊应力及变形所采用的方法存 在只能局部控制变形及应力，无法获得理想的焊缝质量等一系列问题，发明 一种在焊接过程中通过保温处理直接消除表面应力以获得理想的焊接质量的 搅拌摩擦焊接表面残余应力控制方法及装置。。

本发明的技术方案之一是：

一种搅拌摩擦焊接表面残余应力控制方法，其特征是在被焊接件上罩装 一个能随搅拌头同步移动的保温箱，并在固定被焊接件工件的夹具底部安装 保温层，利用夹具底板作为保温箱的底板，将搅拌摩擦焊接后的焊缝罩装在 保温箱中，并根据罩装焊缝的长度调节保温箱中的温度，使之恒定在所需的 保温温度值范围之内，并在焊接结束后根据所焊接材料的性能，保温约0.5-2 小时以消除焊缝处的表面残余应力。

本发明的技术方案之二是：

一种搅拌摩擦焊接表面残余应力控制装置，其特征是它主要由吸盘式装 夹夹具25、保温箱26和固定架7组成，所述的吸盘式装夹夹具25主要由底 座1、石棉隔热层2、平钢板3和电磁压板16组成，底座1的两侧向上延伸 形成保温箱导轨4，石棉隔热层2安装在两侧保温箱导轨4之间的底座1的上 表面上，平钢板3位于石棉隔热层2上，被焊接件5置于平钢板3上，电磁 压板16分别置于两块被焊接件5之上，底座1中镶装有电磁块，电磁块通过 导线与电磁控制器14相连；所述的保温箱26主要由前挡板18、后挡板19、 罩盖12、加热元件11和温度传感器组成，其中后挡板19通过螺钉固定在吸 盘式装置夹具25的底座1上，前挡板18与罩盖12整体相连，罩盖12通过 两侧底部所设的与吸盘式装置夹具25中的保温箱导轨4相配的导槽27活动 安装在吸盘式装置夹具25的导轨4上，罩盖12通过固定架7与安装有搅拌 头6的主轴套8相连，从而使保温箱26在搅拌头6的带动下沿导轨4移动； 所述的加热元件11和温度传感器均与温度控制器13电气连接；所述的温度 控制器13和电磁控制器14均与控制用计算机15相连。

所述的罩盖12、前挡板18和后挡板19均有三层材料组成，分别为最内 层材料22、中间层材料21和最外层材料20，其中最内导层材料22为耐火砖， 中间层材料21为石棉，最外层材料20为钢板，所述的加热元件11及温度传 感器安装在最内层材料22中。

本发明的有益效果：