[发明专利]一种基于超声振动的搅拌摩擦胶接复合连接方法

说明书

本发明公开了一种基于超声振动的搅拌摩擦胶接复合连接方法，该连接方法将需要连接的第一板材和第二板材进行搅拌摩擦焊接后，再采用液态胶进行胶接，同时在胶接时利用超声振动器进行振动，以完成第一板材和第二板材的连接；其中，当第一板材和第二板材进行摩擦焊接后，在二者的搭接区会形成细小的缝隙，在超声振动器的非线性振动下，使搭接区的缝隙处产生负压，可将液态胶吸入缝隙中，并在缝隙内均匀铺展，从而提高连接的质量；该连接方法，具有方法简单、易行、连接质量好等优点。

技术领域

本发明公开涉及搅拌摩擦焊的技术领域，尤其涉及一种基于超声振动的搅拌摩擦胶接复合连接方法。

背景技术

搅拌摩擦焊作为一种先进的焊接技术，广泛地应用于航空航天、汽车船舶等装备制造领域。目前，根据接头形式不同，搅拌摩擦焊可分为对接焊、搭接焊和角接焊等。其中，搅拌摩擦搭接焊作为常见的焊接方式，具有广泛的应用前景。但是，使用传统的搅拌头进行搭接焊时，材料受到搅拌头轴肩的顶锻作用向下转移，使得搅拌针下方形成材料集中区，并且材料向上挤压搭接界面使其产生弯曲，进而形成钩状缺陷和冷搭接结构，这将大大降低焊接接头质量。同时，搅拌摩擦搭接焊接头密封性较差，这将影响搅拌摩擦搭接焊的应用范围或实际服役效果。

胶焊结构是基于焊接与胶接相结合方法制造的结构，已在运7、苏27等机型上均有应用。目前，学者们提出了胶焊结构来缓解搅拌摩擦焊接头密封性较差的问题。现有搅拌摩擦胶焊多采用先封胶再焊接的方式来实现。但该工艺主要存在两大问题：一方面，焊接过程中过高的热输入使得胶层分解产生气泡，仅少量气泡排出，剩余的部分将残留在胶层或者焊缝区；另一方面，胶层在焊接时将进入焊缝区，不同程度地降低焊接接头的质量。

因此，如何研发一种新型的连接方法，以解决上述问题，成为人们亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种基于超声振动的搅拌摩擦胶接复合连接方法，以解决以往采用搅拌摩擦焊接和胶接进行板材的复合连接时，存在的连接质量差等问题。

本发明提供的技术方案，具体为，一种基于超声振动的搅拌摩擦胶接复合连接方法，该方法包括如下步骤：

1)将待焊接的第一板材和第二板材装夹在搅拌摩擦焊机的工装上，其中，第一板材与第二板材搭接，且第一板材位于上方，第二板材位于下方；

2)将搅拌头安装在搅拌摩擦焊机的主轴上，沿着第一板材和第二板材的搭接区将第一板材和第二板材进行搅拌摩擦焊接；

3)焊接完成后，回抽搅拌头，在第二板材的非搭接区上表面放置超声振动器，在第一板材和第二板材的搭接区边缘放置液态胶，在超声振动器的振动作用下，使液态胶填满焊缝一侧的搭接区后，停止超声振动器的振动；

4)将连接后的第一板材和第二板材从工装上拆卸后，翻面，再次装夹在搅拌摩擦焊机的工装上，使第二板材位于上方，第一板材位于下方，搭接区中未封胶的一面朝上，将超声振动器放置在第一板材的非搭接区上表面，在第一板材和第二板材的搭接区边缘放置液态胶，在超声振动器的振动作用下，使液态胶填满焊缝另一侧的搭接区；

5)将连接后的第一板材和第二板材从工装上拆卸后，对搭接区的胶层进行固化，连接完成。

优选，所述搅拌头为X型正反螺纹搅拌头，所述搅拌头由上至下依次为夹持部、过渡部、轴肩以及搅拌针；

其中，所述搅拌针的下部外表面和上部外表面分别设置有旋向相反的螺纹，且所述搅拌针的上部由上至下直径逐渐递减，所述搅拌针的下部由下至上直径逐渐递减，在所述搅拌针的上部和下部对接处形成凹陷区；当下部外表面和上部外表面分别设置有左旋螺纹和右旋螺纹时，搅拌头采用顺时针旋转；当下部外表面和上部外表面分别设置有右旋螺纹和左旋螺纹时，搅拌头采用逆时针旋转。此时，搅拌头上螺纹促进上、下板的焊缝区材料分别向凹陷区流动。

进一步优选，所述凹陷区的凹陷深度为0.1-10mm。