[发明专利]中间填丝式负压入量低作用力搅拌摩擦焊接方法及设备

说明书

本发明涉及一种负压入量低作用力薄板搅拌摩擦填丝焊接方法，包括送丝机构、搅拌工具、丝材及成形件，送丝机构至少包括送进轮组、丝材导向筒，所述搅拌工具至少包括散热翅片、轴肩、空心搅拌针、摩擦内颈。焊接时，所述搅拌工具高速旋转并沿焊缝方向前进，搅拌针部分插入待焊接件，轴肩平面与待焊工件间隔一定间隙，丝材送进轮组将丝材沿静止的导向筒送入，在搅拌工具的摩擦内颈部位，丝材与高速旋转的搅拌工具在巨大的送进压力下摩擦生热，进而塑化，沿空心搅拌针挤出进入轴肩平面与待焊工件间隙，与待焊工件的塑化材料融合形成焊缝。本发明解决传统搅拌焊接薄板作用力大易变形问题，提高焊接薄壁铝合金的焊缝质量和焊接过程稳定性。

技术领域

本发明属于固相焊接技术领域，具体涉及一种负压入量低作用力搅拌摩擦填丝焊接方法及其设备。

背景技术

首先，传统搅拌摩擦焊接通过搅拌头与被焊材料之间的摩擦剪切阻力产生摩擦热，使搅拌头邻近区域的材料受热软化从而热塑化，在搅拌头机械搅拌及轴肩锻造作用下实现工件固相连接，通常需要较大的轴向锻压力作用，因此薄板搅拌焊易造成待焊件卷曲变形。再者，搅拌焊接过程中的70～80％的摩擦热产生于旋转轴肩与试板表面的摩擦界面，搅拌针产生20～30％的焊接热量，试板表面的热输入巨大，在不均匀的温度场作用下易造成薄板翘曲变形，而且其中大部分热量作为无效能量对周围材料的组织产生负面影响并造成接头表面组织及性能退化严重。最后，薄板搅拌焊接对减薄量控制要求严格，减薄量过小易造成未焊透，过大会导致焊穿，因此搅拌工具下压量控制难度较大。

综上所述，对于薄板搅拌摩擦焊，应当尽量降低机械负载作用，减少焊接区域的热输入，从而避免待焊工件的严重变形，甚至局部失稳，同时要控制减薄量，实现无减薄量焊接。因此，亟需开发一种针对超薄构件固相连接的低作用力无减薄量搅拌摩擦焊接方法。

发明内容

本发明解决了传统搅拌焊接薄板作用力大易变形问题，并实现无减薄量搅拌摩擦焊，提高焊接薄壁铝合金的焊缝质量和焊接过程稳定性。

本发明提供一种负压入量低作用力搅拌摩擦填丝焊接方法及其设备，技术方案如下：

一种负压入量低作用力搅拌摩擦填丝焊接方法，焊接时搅拌工具高速旋转并沿焊缝方向前进，所述搅拌针部分插入待焊接件，轴肩平面与待焊工件留有一定间隙，所述丝材送进轮组将丝材沿静止的导向筒送入，在搅拌工具的摩擦内径部位，所述丝材与高速旋转的搅拌工具在巨大的送进压力下摩擦生热，进而塑化，沿空心搅拌针挤出进入轴肩平面与待焊工件间隙，与待焊工件的塑化材料融合进行焊接。

进一步地，其特征在于，所述丝材和待焊工件为镁合金或铝合金，所述待焊工件为0.5mm～1mm的薄壁金属。

进一步地，所述焊接工具旋转速度范围为8000～20000rpm。

进一步地，所述搅拌针长度0.5mm～1mm，轴肩与待焊工件表面间隙为0.2～0.4mm。

进一步地，所述丝材沿导向筒送进，在摩擦内颈部位与搅拌工具摩擦生热进而塑化，塑化金属在挤压力作用下经空心搅拌针进入焊缝。

本发明还提供了一种负压入量低作用力搅拌摩擦填丝焊接设备，包括送丝机构、搅拌工具。

所述送丝机构至少包括送进轮组、丝材导向筒，送进轮组位于丝材导向筒顶部，依靠挤压力和摩擦力将丝材送进丝材导向筒，所述搅拌工具设有适合丝材导向筒插入的空腔，丝材导向筒底部与焊接工具通过轴承连接，与摩擦内径同轴，所述搅拌工具至少包括散热翅片、轴肩、空心搅拌针、摩擦内颈，散热翅片位于搅拌工具外侧，轴肩位于搅拌工具低侧，空心搅拌针位于轴肩中心位置，摩擦内颈位于搅拌工具内侧，邻近轴肩。。

进一步地，所述散热翅片在焊接时采用压缩空气冷却或水雾冷却。

进一步地，所述丝材导向筒在焊接过程中不旋转，所述搅拌工具在焊接过程中高速旋转。