[发明专利]一种提高板材搅拌摩擦焊焊缝背部质量的方法

说明书

此发明适用于搅拌摩擦焊，解决了搅拌摩擦焊接焊缝背面未能充分融合的问题，提升了焊缝质量，提升了焊后有效厚度，可以减小焊接变形。该发明主要依靠提高背部材料搅拌运动空间，减少局部热量向垫板快速流失，从而提高材料的可流动性以及可流动空间，使得背部材料充分融合。主要用于提高搅拌摩擦焊对工件的拼接时背部为充分融合的问题。

技术领域：

本发明适用于航空、航天器材、汽车制造等的金属板材搅拌摩擦焊。

背景技术：

搅拌摩擦焊技术是英国焊接研究所(The Welding Institute，简称TWI)于1991年发明的，并于次年在英国申请了发明专利，同时陆续在世界各国申请了专利保护。得到专利保护并公开以来，搅拌摩擦焊技术首先并主要在铝合金、镁合金等轻金属结构领域得到越来越广泛的应用，同时在高熔点材料领域也获得了一定发展。

搅拌摩擦焊方法与常规摩擦焊一样。搅拌摩擦焊也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源。不同之处在于搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针(welding pin)伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化。同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。焊接过程如附图1所示。在焊接过程中工件要刚性固定在背垫上，焊头边高速旋转，边沿工件的接缝与工件相对移动。焊头的突出段伸进材料内部进行摩擦和搅拌，焊头的肩部与工件表面摩擦生热，并用于防止塑性状态材料的溢出，同时可以起到清除表面氧化膜的作用。

在焊接过程中，搅拌针在旋转的同时伸入工件的接缝中，旋转搅拌头(主要是轴肩)与工件之间的摩擦热，使焊头前面的材料发生强烈塑性变形，然后随着焊头的移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后，从而形成搅拌摩擦焊焊缝。

关于在搅拌摩擦过程中界面原子的运动仍处于研究阶段。

发明内容：

此项发明主旨在于改善现有板材对接搅拌摩擦焊接后焊缝背部未能充分融合的现状。下文中将板材端面相对搅拌头分为板材正面(搅拌肩摩擦面)，板材背面以及板材端面，分别简称正面、背面、端面。

现有技术工艺流程为：板材端面进行尺寸加工以及清理处理后装夹，进行搅拌摩擦焊。

发明技术工艺流程为：在背面和端面的夹角进行倒角(此文中倒角一次泛指去料或非去料取得的背面与端面夹角之间的面)，以获得工件对接后背部有相对板材背部有凹槽。

此技术焊接后背部有以下特点：背部融合程度显著提高或全部充分融合。搅拌起始点至结束点之间有明显平整亮带，与对接后凹槽基本等宽。亮带两端与凹槽结合带呈明显压出缓慢过度。

此方式处理后的焊缝同时可提供减小焊后工件焊缝收缩的解决方案

附图说明：

图1为焊接过程状态示意图

具体实施方式：

根据不同情况下倒角，常用的方式为根据板材厚度差加上安全距离(搅拌针与垫板的最小距离)，得到的数值可用作倒角在端面上的宽度。背面的宽度应略小于前者。