[发明专利]一种搅拌针与轴肩逆向旋转的搅拌摩擦焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦焊接方法。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种新型的固相连接技术，克服了熔焊方法容易产生裂纹和气孔等焊接缺陷的问题，使得以往难于熔焊的某些材料实现了优质焊接，并一举成为铝、镁及其合金的首选焊接方法。然而，现有的搅拌摩擦焊搅拌头两侧的材料流动行为存在一定差异，前进侧搅拌头相对于被焊材料的线速度是搅拌头旋转线速度与焊接速度之和，而后退侧搅拌头相对于被焊材料的线速度是搅拌头旋转线速度与焊接之差。此外，搅拌针对前进侧的材料是一种“削”的作用，而对后退侧材料则是一种“抹”的作用，即搅拌针首先从前进侧“削”下材料，然后“抹”到后退侧，这就造成了搅拌头两侧的材料流动相对于焊缝中心线不对称。这种材料流动的不对称造成了搅拌摩擦焊接温度场、接头组织和残余应力分布的不对称，最终导致接头性能不对称，从而降低焊接结构的承载能力。

为了解决这种不对称问题，国外有人提出了搅拌头周期性换向转动的搅拌摩擦焊接方法，即每隔一段时间改变一次旋转方向，但这种焊接方法所形成的焊缝在每一个旋转周期的区域内仍然是不对称的。同时，这种方法在换向过程中存在短暂的停车，即在正传和反转的转换过程中会出现搅拌头转速为零的现象，导致接头性能不对称，降低了焊接结构的承载能力。

发明内容

本发明为了解决现有的搅拌摩擦焊接方法存在温度场、接头组织和残余应力分布的不对称，导致接头性能不对称，降低了焊接结构的承载能力的问题，进而提出一种搅拌针与轴肩逆向旋转的搅拌摩擦焊接方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的搅拌针与轴肩逆向旋转的搅拌摩擦焊接方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、将第一被焊工件和第二被焊工件对接设置且二者位于同一水平面上（即将第一被焊工件和第二被焊工件组对），并用夹具装夹在工作台上；所述第一被焊工件和第二被焊工件均为板材；

步骤二、搅拌头的搅拌针以100～3000转/分的转速扎入待焊部位（即第一被焊工件和第二被焊工件的对接面）；搅拌头的轴肩的旋转方向与搅拌针的旋转方向相反，搅拌头的轴肩的转速与搅拌针的转速相同；搅拌头扎入速度为1～5mm/分钟，搅拌针扎入工件深度比工件厚度小0～0.5mm，轴肩扎入工件的深度为0～0.5mm；

步骤三、当搅拌头达到设定的下扎深度时，搅拌头以100～5000mm/分的速度沿第一被焊工件和第二被焊工件的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。

本发明的有益效果是：

一、搅拌针和轴肩对被焊材料流动的驱动力作用方向相反，两股反向流动会发生一定程度的中和，从而降低搅拌摩擦焊接头组织与性能的不对称性，提高搅拌摩擦焊接头的力学性能，提高了焊接结构的承载能力；

二、搅拌针和轴肩对被焊材料的扭矩作用方向相反，发生一定程度的抵消，从而降低搅拌头整体对被焊材料的扭矩作用，有利于降低装夹要求，提高生产效率。

附图说明

图1是搅拌头的结构示意图（搅拌头3由搅拌针1与轴肩2组成）；图2是搅拌针与轴肩逆向旋转的搅拌摩擦焊接过程示意图；图3是搅拌摩擦焊接过程搅拌头与两块待焊板材的位置关系图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～3所示，本实施方式所述的一种搅拌针与轴肩

逆向旋转的搅拌摩擦焊接方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、将第一被焊工件4和第二被焊工件5对接设置且二者位于同一水平面上（即将第一被焊工件4和第二被焊工件5组对），并用夹具装夹在工作台上；所述第一被焊工件4和第二被焊工件5均为板材；

步骤二、搅拌头3的搅拌针1以100～3000转/分的转速                                                扎入待焊部位（即第一被焊工件4和第二被焊工件5的对接面）；搅拌头3的轴肩2的旋转方向与搅拌针1的旋转方向相反，搅拌头3的轴肩2的转速与搅拌针1的转速相同；搅拌头3扎入速度为1～5mm/分钟，搅拌针1扎入工件深度H1比工件厚度T小0～0.5mm，轴肩2扎入工件的深度H2为0～0.5mm；

步骤三、当搅拌头3达到设定的下扎深度时，搅拌头3以100～5000mm/分的速度沿第一被焊工件4和第二被焊工件5的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。

搅拌头3由搅拌针1与轴肩2组成，轴肩2套装在搅拌针1上，搅拌针1的旋转方向与轴肩2的旋转方向相反，但搅拌头3由搅拌针1的旋转速度大小相等。