[发明专利]用于大间隙薄板铝合金搅拌摩擦焊的搅拌头及其焊接工艺

说明书

本发明涉及新能源汽车电池箱薄板铝合金焊接领域，具体为一种用于大间隙薄板铝合金搅拌摩擦焊的搅拌头及其焊接工艺。该搅拌头通过轴肩涡旋花样将轴肩挤出金属想轴肩中心聚拢，聚拢金属通过搅拌针上螺旋沟槽并配合对应工艺参数将金属运送到间隙内部，同时通过大直径搅拌针的设置增减焊缝中金属的流动总量以降低间隙在焊缝中所占比例，最终实现大间薄板铝合金的焊接。

技术领域

本发明涉及新能源汽车电池箱薄板铝合金焊接领域，具体为一种用于大间隙薄板铝合金搅拌摩擦焊的搅拌头及其焊接工艺。

背景技术

根据汽车工程学原理，考虑到车体重量对动力消耗的影响。目前，新能源汽车的电池箱体主要采用铝合金材质。综合考量了箱体结构、焊接工艺、焊后形变等多方面因素，确定了以搅拌摩擦焊作为箱体底板焊接的主要焊接方式。受限于底板加工精度以及边框折弯工艺的影响，在底板与边框的装配过程中往往会出现底板与边框的配合间隙不统一，出现变间隙的情况，局部位置的最大间隙甚至会达到2mm以上。搅拌摩擦焊作为一种自填充的固相焊接方法，焊接过程中通过搅拌头旋转带动金属流动，实现前端金属对后端腔体的填充进而实现工件的结合。其中关键在于必须要有足够的流动金属填充搅拌头运动过程中留下的空腔，一旦填充金属不足极易形成隧道或沟槽等缺陷。装配间隙的大小直接影响着填充金属的数量，因此搅拌摩擦焊对于工件装配的间隙具有较为严格的要求，通常要求装配间隙控制在0.5mm左右，对于薄板材料的装配间隙要求更为严格。电池箱的搅拌摩擦焊接部分的焊接深度一般在5mm以内，属薄板焊接范围，因此对装配间隙的要求相对严格，但现有工件的整体装配精度很难完全达到要求，导致焊接过程中间隙过大的位置很容易出现焊接缺陷。

目前，对电池箱搅拌摩擦焊过程中出现的缺陷通常采用手工弧焊的方式进行修复。但手工弧焊修复可能存在几方面问题：首先，弧焊修复过程增加电池箱的生产工序，对于量产化的产品来说增加一道制造工序其制造成本的提高是不容忽视的；其次，弧焊过程的热输入远大于搅拌摩擦焊的热输入，对于薄板铝合金构件来说热输入的增加就意味着工件的形变量增加，而电池箱结构作为电池组件和相关电驱部件的安装平台，其对进度精度具有非常严格的要求，这意味着要对电池的形变量做严格限制，增加弧焊工艺不利于对形变的控制；最后，弧焊工艺修复的仅是通过目测观察到的表面缺陷，对于搅拌摩擦焊过程中可能存在的内部孔洞或隧道灯缺陷无法观察到，也就意味着此类缺陷无法被修复，最终保留在焊缝内部。

发明内容

本发明目的在于解决新能源汽车电池箱在装配过程中由于精度问题造成配合间隙不统一导致搅拌摩擦焊过程中容易产生缺陷的问题，提供了一种用于大间隙薄板铝合金搅拌摩擦焊的搅拌头及其焊接工艺。

实现本发明目的的技术方案为：

一种用于大间隙薄板铝合金搅拌摩擦焊的搅拌头，包括夹持端、轴肩、搅拌针；轴肩表面设置有逆时针渐变涡旋花样，轴肩下方设置有大直径搅拌针，搅拌针表面设置有逆时针螺旋沟槽；所述搅拌头用于实现装配间隙在0-2mm之间的2-5mm薄板铝合金的焊接。

进一步的，轴肩表面设置有2-6个渐变涡旋花样。

进一步的，搅拌头轴肩直径在10-15mm之间，搅拌针直径与轴肩直径的比在0.7-0.9之间。

进一步的，搅拌针表面设置有2-4个逆时针螺旋沟槽。

进一步的，搅拌头转速在400-600rpm之间，搅拌头为顺时针旋转，焊接速度在150-250mm/min之间，搅拌头倾角在1-2.5°之间。

一种用于大间隙薄板铝合金搅拌摩擦焊的搅拌头的焊接工艺，包括具体步骤如下：

步骤1：清洗2-5mm厚的铝合金金属板材，固定板材并选择搅拌针；

步骤2：移动搅拌头至焊缝开始位置，调整搅拌头位置使搅拌针中心与焊缝中线重合，搅拌头向下移动至搅拌针端面与工件表面接触时停止；