[发明专利]一种提高回填式搅拌摩擦点焊焊接效率的方法

说明书

本发明提供了一种提高回填式搅拌摩擦点焊焊接效率的方法，解决现有技术中焊接时间长，焊接效率低，不利于工业化生产的问题，该方法主要是在使用传统回填式搅拌摩擦点焊进行焊接过程中，在套筒下压阶段，提高套筒的下压速度，下压速度为80‑520mm/min；该方法通过提高搅拌头下压速度，增大了下压力，使得热输入率和热利用率增大，同时，焊接插入时间缩短，热量来不及散失到周围环境中，使套筒下压而挤入搅拌针回抽形成空腔内的材料发生动态再结晶，最后进行回填，形成无缺陷组织致密的焊接接头。

技术领域

本发明属于金属焊接技术领域，具体涉及一种提高回填式搅拌摩擦点焊 焊接效率的方法。

背景技术

回填式搅拌摩擦点焊(Refill friction stir spot welding，RFSSW)是一种固态连接技术，通过搅拌工具的快速旋转产生大量的热以及强烈的塑性变形来 使焊接材料局部塑性化。因此这项技术适用于轻金属的连接，如铝合金，镁 合金或钛合金。由于该焊接过程不涉及材料的熔化及凝固，因此可以避免传 统电阻点焊所带来的凝固缺陷。

现有的回填式搅拌摩擦点焊主要分为四个步骤：1)压紧环压在上板 (位于上方的待焊材料)表面，套筒和搅拌针开始同步旋转并与待焊材料摩 擦产热进而使材料塑化；2)搅拌针和套筒分别向上、向下运动，套筒将塑 性金属挤入搅拌针向上运动所留下的空腔，此为套筒下压阶段；3)下压量 到达一定值后，搅拌针下压将塑性金属挤入套筒回抽所留下的空腔，此为回 填阶段；4)搅拌头(包括压紧环、搅拌针及套筒)撤离焊件表面。

目前，出于轻量化设计的考虑，铝合金回填式搅拌摩擦点焊技术已经在 航空航天和汽车领域得到了广泛的应用。但是，回填式搅拌摩擦点焊的热利 用率较低，一般需要3～5s的焊接时间才能获得成型较好的接头，焊接时间 长，焊接效率低，不利于工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中焊接时间长，焊接效率低，不利于工 业化生产的问题，而提供一种提高回填式搅拌摩擦点焊焊接效率的方法，以 缩短回填式搅拌摩擦点焊形成良好焊接接头的时间。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种提高回填式搅拌摩擦点焊焊接效率的方法，其特殊之处在于：

使用传统回填式搅拌摩擦点焊进行焊接过程中，在套筒下压阶段，提高 套筒的下压速度，下压速度为80-520mm/min。

进一步地，为了增大本焊接方法的热输入率与热利用率，在回填阶段， 提高搅拌针下压速度，下压速度为80-520mm/min。

进一步地，在焊接之前，对待焊材料进行打磨，用丙酮清除工件表面的 杂质。

进一步地，所述套筒为外壁加工有螺纹且底部加工有凹槽，套筒下方的 凹槽增大了搅拌头在其运动方向上的受力面积，进而增大下压力和焊接热输 入，使被焊材料发生充分流动，进而获得了充分回填且无焊接缺陷，组织致 密的接头。

本发明的构思：

为了克服传统回填式搅拌摩擦点焊存在的技术问题，本发明对传统式搅 拌摩擦点焊(FSSW)的产热机制进行分析和验证，发现传统式FSSW中 95％以上的塑性变形热以热量的形式散失到周围环境中，仅有很少一部分 (5％)以晶体缺陷(如位错等)和晶界的形式储存在组织内部，因此热利 用率较低。

同时，发现影响传统FSSW热输入与热利用率的两个重要工艺参数分别 为搅拌头的旋转速度与焊接过程中搅拌头的下压速度。

通过实验验证，在传统式FSSW中可通过提高搅拌头旋转速度来增加摩 擦热和降低搅拌头下压力，但当搅拌头旋转速度达到1500rpm时，继续提高 旋转速度对提高热量或热利用率的影响可忽略不计，且通过扭矩所产生的热 量在搅拌头下压阶段急剧下降，可见，搅拌头旋转速率的影响效果有限；