[发明专利]一种高接头性能的预拉伸搅拌摩擦焊的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦焊的工艺方法，尤其涉及一种基于形变热处理原理的预拉伸搅拌摩擦焊工艺方法。该工艺方法可广泛应用于航空、航天、汽车、造船、铁路等领域。 

背景技术

作为“继激光焊后又一次革命性的焊接技术”，搅拌摩擦焊具有低应力、小变形、无常规熔焊缺陷、不需填充材料、耗能低与绿色环保等优点，在航空、航天、汽车、造船、铁路等领域得到了越来越广泛的应用。与熔化焊方法相似，搅拌摩擦焊接头亦存在软化区，其为接头的薄弱区域。在搅拌摩擦焊过程中，在搅拌针的剧烈搅拌作用下搅拌区域的晶粒为细小的等轴晶；而在热影响区或热机影响区的非搅拌区的晶粒在焊接热的影响区会发生长大现象，造成晶粒尺寸大于母材区域，使接头出现软化现象。因此，软化现象对搅拌摩擦焊过程来说是不可避免的。近年来，研究者研究了焊接工艺参数的方法对接头的软化区范围的影响，但效果不是特别明显，而基于形变热处理原理的预拉伸工艺与搅拌摩擦焊工艺相结合的方法未见报道。 

发明内容

本发明为了解决或减缓搅拌摩擦焊接头的软化现象，提出了预拉伸搅拌摩擦焊工艺方法。该方法采用在被焊工件的软化区两端施加预应力，预应力的来源由液压螺栓拉力器提供且在焊接过程中保持不变，滑动块A、B、C、D均可调，以实现预拉伸作用区域范围的调节；其实现步骤如下： 

步骤一、将位于同一水平面上用工作台上的夹具装夹固定的焊件A与焊件B对接放置； 

步骤二、调整固定夹具上的滑块A、滑块B到焊接件的软化区，用螺钉对焊件A与焊件B的一端夹紧固定；同时，活动夹具在被焊工件的另一端实施夹持； 

步骤三、启动液压螺栓拉伸器通过活动夹具对被焊工件施加预拉力且保持扭矩大小不变； 

步骤四、搅拌头的搅拌针以100～2000转/分的转速扎入待焊部位；当搅拌头达到设定的下扎深度时，搅拌头以50～2500mm/分的速度沿着焊件A与焊件B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：该方法在焊接过程中，采用在热影响区与热机影响区的范围内的试件两端施加预应力，使此区域的材料在焊接过程中相当于经历了一次类似于形变热处理的过程，可起到细化晶粒，提高接头性能的作用。该工艺为提高搅拌摩擦焊接头性能提供了一个新的思路与方法。可用于铝合金、镁合金、钛合金、钢等金属结构件的连接。与常规搅拌摩擦焊相比，该工艺可进一步提高接头的拉伸性能与疲劳性能，使航空、航天等领域结构件的等强度设计成为可能，可推动搅拌摩擦焊技术在金属结构件中的应用。 

可大大提高接头的拉伸与疲劳等性能，甚至接近或超过母材。 

附图说明

图1是预拉伸搅拌摩擦焊接状态示意图 

图2是预拉伸搅拌摩擦焊接过程示意图(焊接前对焊接件软化区实施预拉力) 

图3是图1中活动夹具局部放大图 

图4是图1中固定夹具局部放大图 

图中： 

1.工作台；2.焊件A；3.焊件B；4.活动夹具；5.搅拌头；6.固定夹具；7.液压螺栓拉伸器；8.固定座A；9.可活动夹持装置；10.可调滑块A、B；11.锁紧螺钉A、B；12.固定座B；13.可调滑块C、D；14.锁紧螺钉C、D。 

具体实施方式：

参看图1-4，一种高接头性能的预拉伸搅拌摩擦焊的工艺方法，该方法采用在被焊工件的软化区两端施加预应力，预应力的来源由液压螺栓拉力器提供且在焊接过程中保持不变，滑动块A、B、C、D均可调，以实现预拉伸作用区域范 围的调节；其实现步骤如下： 

步骤一、将位于同一水平面上用工作台上的夹具装夹固定的焊件A与焊件B对接放置； 

步骤二、调整固定夹具上的滑块A、滑块B到焊接件的软化区，用螺钉对焊件A与焊件B的一端夹紧固定；同时，活动夹具在被焊工件的另一端实施夹持； 

步骤三、启动液压螺栓拉伸器通过活动夹具对被焊工件施加预拉力且保持扭矩大小不变； 

步骤四、搅拌头的搅拌针以100～2000转/分的转速扎入待焊部位；当搅拌头达到设定的下扎深度时，搅拌头以50～2500mm/分的速度沿着焊件A与焊件B对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。