[发明专利]一种无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法

说明书

本发明公开了一种无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法。该方法使用的装置包括机体、驱动装置、搅拌头和用于夹持工件的工作台，搅拌头包括搅拌针和轴肩，搅拌针设在轴肩内，搅拌针、轴肩和工作台分别与各自的驱动装置相连接，驱动装置数量设3个，驱动装置用于搅拌针、轴肩和工作台提供旋转、平移或升降及焊接参数的调节，搅拌针和轴肩分体设置，且搅拌针可与轴肩沿法向作相对运动，工件夹持在工作台上，且能够以工作台中心为转轴旋转。与传统搅拌摩擦点焊相比，该焊接方法能够实现焊点无匙孔；可以增强搅拌针对焊点金属的搅动作用与塑性金属的流动程度与范围，从而达到增强焊点力学性能的目的。

技术领域

本发明属于搅拌摩擦点焊焊接技术领域，尤其涉及一种无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法。

背景技术

搅拌摩擦点焊(Friction Stir Spot Welding，FSSW)是以线性搅拌摩擦焊为基础发展而来的一种焊接技术。随着全球资源与环境保护问题的日趋严峻，运载工具的轻量化设计成为汽车、航空航天等制造领域的发展方向，电阻点焊是运载工具轻量化设计中重要的一种传统连接方法，具有生产效率高、操作灵活性好等优点，但也存在许多局限性，主要表现在: a.焊接过程需要提供大电流，耗能大；b.铝合金表面氧化膜造成电极寿命明显缩短；c.由于焊接大电流的作用，工件将产生明显的热变形，且焊缝中易出现缺陷和焊点质量不稳定，接头质量差；d.焊接过程中有飞溅，点焊工作环境差。FSSW可以形成点焊的搭接接头，其焊缝外观与通常应用于铝合金构件的电阻点焊类似，因而具有很高的应用价值和研究意义。搅拌摩擦点焊具体的焊接过程可分为3个阶段:a.压入过程:搅拌头不断旋转，通过施加顶锻压力插入连接工件中，在压力作用下工件与搅拌头之间产生摩擦热，软化周围材料，搅拌头进一步压入工件；b.连接过程:搅拌头完全镶嵌在工件中，保持搅拌头压力并使轴肩接触工件表面，继续旋转一定时间:c.回撤过程:完成连接后搅拌头从工件退出，在点焊缝中心留下典型的退出凹孔。基于其绿色、高效、无污染的特点，在轻金属与异种金属的搭焊，尤其是汽车焊接工业中发展迅速，但由于匙孔的存在，影响了搅拌摩擦点焊接头的力学性能与美观，严重制约着搅拌摩擦点焊的应用与发展。虽然已经出现了若干无匙孔的搅拌摩擦点焊方法，但由于其通过安装在套筒内的搅拌针与轴肩在Z轴方向的相对运动来实现无匙孔，搅拌头并没有在 X/Y平面方向的运动，所以存在焊点内塑性金属混合搅动不充分、焊点大小受轴肩面积限制无法调整、搅拌头在套筒内焊接时无法观察监测等问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题在于提供一种无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法。该方法能实现焊点无匙孔；增强搅拌针对焊点金属的搅动作用与塑性金属的流动程度与范围，从而增强了焊点的力学性能；使用一种尺寸规格的搅拌针与轴肩的套件可满足不同焊点面积需求；取消了轴肩外的套筒结构，简化了结构，便于生产观察。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法。该方法使用的装置包括机体、驱动装置、搅拌头和用于夹持工件的工作台，搅拌头包括搅拌针和轴肩，搅拌针设在轴肩内，搅拌针、轴肩和工作台分别与各自的驱动装置相连接，驱动装置数量设 3个，分别为搅拌针、轴肩和工作台的旋转、平移或升降提供动力，搅拌针和轴肩分体设置，且搅拌针可与轴肩沿法向作相对运动，工件夹持在工作台上，且能够以工作台中心为转轴旋转。

该无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法，包括步骤如下：

步骤1：焊接从启焊位置开始，预设焊接参数，焊接参数包括搅拌头转速、轴肩下压量和工件旋转速度等，启动驱动装置，使搅拌针与轴肩绕搅拌头转轴高速旋转；

步骤2：当搅拌针插入工件，轴肩压入母材一定量后，焊接部位母材受摩擦热软化，发生塑性流动从而形成永久性搭焊接头；

步骤3：此时搅拌针回抽，轴肩保持原焊接位置不动，同时，启动工作台旋转驱动装置，使工件以工作台中心为旋轴朝着搅拌针与轴肩旋转的相反方向转动，工件转轴与搅拌头转轴的间距为δ；