[发明专利]一种带拉绳或止动挡装置的静止双轴肩搅拌摩擦焊搅拌头焊接环形对接焊缝的方法

说明书

本发明集成静止轴肩搅拌摩擦焊和普通双轴肩搅拌摩擦焊的优点，提出了一种带拉绳或止动挡装置的静止双轴肩搅拌头，焊接圆筒环形对接焊缝的方法，其演化型可焊接平板的直线焊缝。其特点是筒体转动或平板沿直线导轨移动，而拉绳或止动挡不动，具有预紧力的拉绳或存在预推力的止动挡，进行焊接时承担各自对应的轴肩与圆筒的摩擦阻力，和搅拌针自身前进阻力的一半，进而尽量使搅拌针不承受该阻力及其产生的阻力矩，尽量使搅拌针只承受工件的纯扭矩作用，从而改善搅拌针的受力状况，提高其使用寿命和焊接厚度。尤适用于各类厚度为中厚及以上的大型圆筒的环形焊缝的焊接、及平板的直线焊缝的焊接，改变轴肩形状，可适应不同壁厚的圆筒和平板的焊接。

技术领域：

本发明集成静止轴肩搅拌摩擦焊和普通双轴肩搅拌摩擦焊的优点，提出了一种带拉绳或止动挡装置的静止双轴肩搅拌头焊接环形对接焊缝的方法，其演化型可焊接中厚板及以上平板的直线焊缝。涉及军用领域的运载火箭、洲际战略战术导弹及其它大型导弹的筒体；涉及民用领域的各类圆柱形容器(含圆柱和圆锥及圆顶)、桥梁的桥墩、江海河中土建的围堰用圆筒等各类筒体的焊接，尤适用于各类厚度为中厚及以上的大型筒体环形焊缝的焊接和平板的直线焊缝的焊接。

背景技术：

搅拌摩擦焊(Friction Stjr Welding，简称FSW)是一种固相焊接新技术，是英国焊接研究所于1991 年发明的。搅拌摩擦焊技术被誉为21世纪最具革命性的焊接技术，历经20余年的技术研发和工程化推广，已经在国内外的各个领域得到了应用。由于传统搅拌摩擦焊在焊接过程中伴随着较大的顶锻压力，需要在背部工件进行严格地夹装，同时在背部需要刚性支撑垫板，为其推广应用造成了一定的困难；后来发展的双轴肩搅拌摩擦焊技术，其上下轴肩形成了相互支撑，下轴肩替代了工件背部的刚性支撑垫板，这一改进大大降低了焊接过程中的锻压力，解决了根部未焊透，部分解决了飞边和隧道孔。后来继续发展了静止轴肩搅拌摩擦焊，则更上了一层楼，只要焊接参数合适，基本上彻底地消除了未焊透和弧纹，基本上没有大的飞边，接头的性能有了进一步的提高。可以说，在传统搅拌摩擦焊、双轴肩搅拌摩擦焊和静止轴肩搅拌摩擦焊中，只要焊接参数合适，静止轴肩搅拌摩擦焊的接头性能是最好的。

对于静止轴肩搅拌摩擦焊，由于轴肩不旋转，静止轴肩与工件表面为干摩擦作用，搅拌头的搅拌针不仅受到静止轴肩与工件表面间产生的干摩擦力引起的非常大的前进阻力和弯矩作用，还受到工件对搅拌针自身的实际工作部分的扭矩和前进阻力的作用，这些力的合力和合力矩易使搅拌针折断或加速疲劳损坏，使静止轴肩搅拌摩擦焊一般难于应用在双轴肩场合，尤其对于厚度为中厚度及以上各类板材的焊接，该难题至今未能很好地解决。

经过网上搜索得知，国内外对于正圆型环形焊缝(下文的环形焊缝均为正圆型，可考虑圆柱形公差)，一直是搅拌摩擦焊的最大难点之一和难中之难，焊缝的静力学特性、韧性和冲击力学特性不能很好地保证和提高。本专利的发明人经过艰难思索，提出了一种带拉绳或止动挡装置的静止双轴肩搅拌摩擦焊搅拌头焊接环形对接焊缝的方法，同时对其进行了演化处理，使其适应于厚度为中厚及以上平板直线焊缝。

发明内容：

正圆型的环形焊缝的焊接一般是利用筒体旋转，而“焊枪”近似不动的方式进行，一般搅拌摩擦焊焊接筒体时也是如此，本文的方法亦是如此。在保留和集成静止轴肩搅拌摩擦焊可得到性能优异的焊接接头和双轴肩搅拌摩擦焊无需刚性支撑的优点的条件下，本案采用静止双轴肩和双轴肩搅拌摩擦焊相结合，当待焊接的两筒体等速一体旋转时(两筒体的轴向需要一定的压力，可采用多个轴承在筒体端面进行顶压，本案未画出)。通常情况下，由于与筒体内外两个面相接触的两个静上轴肩不旋转，轴肩与工件表面为干摩擦作用，搅拌头的搅拌针不仅受到该干摩擦力产生的非常大的前进阻力和弯矩作用，还受到工件对搅拌针自身的实际工作部分的前进阻力和扭矩的作用，这些力的合力和合力矩易使搅拌针折断或加速疲劳损坏。本案的方法则将这些干摩擦阻力、干摩擦阻力对搅拌针产生合力矩尽量由另外零部件承担，尽量使搅拌针只承受自身的扭矩和前进阻力的作用，以提高搅拌针的使用寿命和增大焊接厚度。