[发明专利]一种超声搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法

说明书

本发明公开了一种超声搅拌摩擦焊接装置，包括具有转轴的安装座、与所述安装座连接的静止轴肩、转动式安装在所述静止轴肩上的搅拌针、与所述静止轴肩连接的超声探头、与所述超声探头连接的变幅杆、与所述变幅杆连接的换能器，以及与所述换能器连接的超声波发生器；所述转轴转动式安装在所述安装座上，所述搅拌针与所述转轴连接且同轴转动。本发明还公开了一种超声搅拌摩擦焊接装置的焊接方法。本发明通过超声探头将超声能量传递到被焊工件的待焊区，利用超声软化效应，降低材料塑性变形抵抗力，增强材料流动性，降低焊接过程中的前进阻力及焊接扭矩，改善焊缝组织，属于焊接的技术领域。

技术领域

本发明涉及焊接的技术领域，特别是涉及一种超声搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法。

背景技术

搅拌摩擦焊接是一种焊接变形小，绿色无污染的先进固相连接技术。静止轴肩搅拌摩擦焊是基于搅拌摩擦焊基础上提出的新型焊接技术，相比于传统搅拌摩擦焊，具有焊接热输入低，焊缝美观无减薄等优点。在静止轴肩搅拌摩擦焊焊接过程中，由于静止轴肩不发生旋转，因此搅拌工具与被焊工件之间存在较大的前进阻力与旋转扭矩，焊接工具寿命较低。同时，焊接过程中热输入较低，材料流动受限，致使焊接过程中容易发生孔洞及沟槽缺陷，焊接工艺往往采用高转速，低焊速，工艺窗口较窄。目前在搅拌摩擦焊接过程中，降低焊接载荷，提高材料流动性主要采用两种方法：一是焊前预置辅助热源达到软化材料的目的，但这种方法成本较高，效率较低，不具备社会经济效益；二是采用高转速焊接，这种方法对主轴要求较高，同时容易加快焊接工具热疲劳失效。

目前加载超声设计方案主要有三种：第一种是沿着搅拌头中心轴线方向竖直作用在搅拌头上，这种方式的缺点是焊接过程中顶锻力较大，导致超声的振动效果不明显；第二种是利用外设装置，将超声探头直接作用在板材上，在这种加载方式下，超声探头和搅拌头之间存在一定距离，导致超声软化效果不明显；第三种是通过在超声探头和圆柱形搅拌头侧面之间增加滚动滑轮，并使超声探头中心轴线与搅拌头中心轴线垂直，从而完成超声波的横向加载，但这种加载方式会由于中间传导介质的存在造成超声能量的损伤，导致超声传递效果较差。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种超声搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法，本发明通过超声探头将超声能量传递到被焊工件的待焊区，利用超声软化效应，降低材料塑性变形抵抗力，增强材料流动性，降低焊接过程中的前进阻力及焊接扭矩，改善焊缝组织。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超声搅拌摩擦焊接装置，包括具有转轴的安装座、与所述安装座连接的静止轴肩、转动式安装在所述静止轴肩上的搅拌针、与所述静止轴肩连接的超声探头、与所述超声探头连接的变幅杆、与所述变幅杆连接的换能器，以及与所述换能器连接的超声波发生器；所述转轴转动式安装在所述安装座上，所述搅拌针与所述转轴连接且同轴转动。

进一步的是，超声搅拌摩擦焊接装置还包括连接件；所述安装座和所述静止轴肩上均设有外螺纹，所述连接件上设有第一螺纹孔；所述安装座和所述静止轴肩均与所述连接件螺纹连接。

进一步的是，超声搅拌摩擦焊接装置还包括用于放置被焊接工件的工作台、活动式安装在所述工作台上的支撑座；所述换能器安装在所述支撑座上。

进一步的是，所述支撑座包括设有滑动式安装在所述工作台上的滑块、固定在所述滑块上的圆弧板；所述换能器固定在所述圆弧板的内圆周面上。

进一步的是，所述滑块上设有滑轮；所述滑块通过所述滑轮滑动式安装在所述工作台上。

进一步的是，所述超声探头、所述变幅杆、所述换能器均呈圆柱状；所述超声探头的轴线、所述变幅杆的轴线、所述换能器的轴线位于同一直线上，所述超声探头的轴线与所述搅拌针的转动轴线相互垂直。

进一步的是，所述静止轴肩具有与所述安装座连接的第一端和用于安装所述搅拌针的第二端，所述静止轴肩的第二端上设有用于排屑的排屑孔，所述排屑孔的轴线与所述搅拌针的轴线相互垂直。