專利名稱：一種攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的金屬材料連接方法。
背景技術(shù)：
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，普通鋼板已不能滿足汽車輕量化發(fā)展趨勢要求。各種有色金屬材料逐漸在汽車制造業(yè)得到了應(yīng)用，但是有色金屬焊接性較差，使得有色金屬在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用得到了限制。英國焊接研究所(The WeldingInstitute，簡稱TWI)于1991年提出的一種固態(tài)連接方法——攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding，簡稱FSW)，此技術(shù)原理簡單、控制參數(shù)少、易于自動(dòng)化、無輻射、可將焊接過程中的人為因素降到最低。該技術(shù)為一種低溫固相連接技術(shù)，焊接過程中不產(chǎn)生金屬的熔化，適用于難以用熔化焊焊接的低熔點(diǎn)合金，目前各國都在競相研發(fā)，在航空、船舶、高速列車、裝甲戰(zhàn)車等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著攪拌摩擦焊技術(shù)研究的進(jìn)一步深入，在此技術(shù)基礎(chǔ)之上，提出了攪拌摩擦焊點(diǎn)焊技術(shù)(Friction Stir Spot Welding，簡稱FSSW)。攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)與攪拌摩擦焊技術(shù)區(qū)別在于攪拌摩擦點(diǎn)焊沒有沿焊縫縱向的移動(dòng)，并且在點(diǎn)焊過程中攪拌頭無(焊接方向)傾角。攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)綜合了傳統(tǒng)點(diǎn)焊過程及攪拌摩擦焊技術(shù)的熱源產(chǎn)生方式，在摩擦熱及塑性變形能的作用下，形成了牢固連接的點(diǎn)接頭。過去，車身板材的連接采用電阻點(diǎn)焊技術(shù)，焊接過程需要大型專用設(shè)備來提供持續(xù)的大電流。而采用攪拌摩擦點(diǎn)焊只需要一個(gè)非消耗的攪拌頭，旋轉(zhuǎn)著插入待焊工件，通過攪拌頭與工件之間的摩擦，使金屬軟化并發(fā)生塑性流動(dòng)，通過攪拌頭施加的鍛壓力形成可靠的連接。采用攪拌摩擦點(diǎn)焊唯一的能量消耗是驅(qū)動(dòng)攪拌頭旋轉(zhuǎn)以及施加鍛壓力所消耗的電能，整個(gè)焊接過程不需要傳統(tǒng)電阻點(diǎn)焊所必須的大電流以及壓縮空氣。采用攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)焊接鋁合金節(jié)約了99％的能量消耗。并且由于不需要大型的供電設(shè)備以及專用的點(diǎn)焊設(shè)備，設(shè)備成本降低了40％。并且焊接過程中無飛濺、煙塵，使焊接過程更綠色環(huán)保、焊接環(huán)境更安全。攪拌摩擦點(diǎn)焊也存在一些缺點(diǎn)其一，焊后壓入坑深；其二，表面擠出物多；因此給后續(xù)處理工作帶來了巨大的麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在焊后壓入坑深，表面擠出物的多問題，提出了一種新的攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)，解決了攪拌摩擦點(diǎn)焊壓入坑深、擠出物多的缺點(diǎn)，大大降低了后續(xù)處理的工作量。本發(fā)明一種攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)采用攪拌頭，旋轉(zhuǎn)著插入待焊工件，通過攪拌頭與工件之間的摩擦，使金屬軟化并發(fā)生塑性流動(dòng)，通過攪拌頭施加的鍛壓力形成可靠的連接，其特點(diǎn)在于通過裝置從兩面同時(shí)攪拌摩擦點(diǎn)焊加工；并且本發(fā)明的施焊部分主要包括四個(gè)部分，即上、下攪拌頭和上、下軸肩。所述上、下軸肩設(shè)計(jì)在攪拌頭的周圍，可以在施焊時(shí)對待焊件施加一定的壓力F2和高速旋轉(zhuǎn)，其作用主要是一是防止塑性金屬外溢；二是與待焊件表面摩擦產(chǎn)生熱量，補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量焊接所需的一部分熱量。本發(fā)明施焊時(shí)，上、下軸肩按一定的方向旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)方向可以是同向也可以是逆向旋轉(zhuǎn)；而上、下攪拌頭加載壓力F1，F(xiàn)1大于F2，上、下攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向與軸肩旋轉(zhuǎn)方向相同或者相反，使上、下攪拌頭插人待焊件1、2到一定的深度并維持一段時(shí)間，通過上、下軸肩和上、下攪拌頭與1、2待焊件表面摩擦，把產(chǎn)生的熱量傳入給待焊件1、2，使待焊件1、2接觸面處在熱——機(jī)作用下形成高質(zhì)量焊點(diǎn)，焊接完成后，上、下攪拌頭先卸載拔出，然后上、下軸肩卸載，并停止旋轉(zhuǎn)，雙面攪拌摩擦點(diǎn)焊與現(xiàn)有的攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)的主要區(qū)別在于1、雙面攪拌摩擦點(diǎn)焊過程的摩擦熱及塑性變形能是從上下兩面產(chǎn)生的；2、雙面攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)上、下的攪拌頭周圍有可以自由旋轉(zhuǎn)的軸肩，軸肩的旋轉(zhuǎn)可以補(bǔ)充在雙面攪拌摩擦點(diǎn)焊過程中攪拌頭產(chǎn)熱的不足；正是由于這些區(qū)別，不僅可以使焊接表面的壓入坑和擠出物都減少一半而且使焊接過程的產(chǎn)熱提高一倍。因而雙面攪拌摩擦焊不僅可以克服單面攪拌摩擦點(diǎn)焊的缺點(diǎn)還可以提高生產(chǎn)率。


圖1雙面攪拌摩擦點(diǎn)焊前攪拌頭及軸肩與工件相對位置；
圖2雙面攪拌摩擦點(diǎn)焊時(shí)攪拌頭及軸肩與工件相對位置及攪拌頭與軸肩旋轉(zhuǎn)方向和加載壓力；圖3雙面攪拌摩擦點(diǎn)焊完成后，攪拌頭拔出過程；
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是通過設(shè)計(jì)上、下兩個(gè)軸肩和上、下兩個(gè)攪拌頭，通過上、下軸肩與攪拌頭同時(shí)旋轉(zhuǎn)與加壓，使被焊件在熱——機(jī)聯(lián)合作用下形成高質(zhì)量焊點(diǎn)。
圖1為雙面攪拌摩擦點(diǎn)焊原理圖，1和2為待焊件，3為上軸肩，4為上攪拌頭，5為下軸肩，6為下攪拌頭。由圖1所示的雙面攪拌摩擦點(diǎn)焊焊接過程原理圖的設(shè)備參數(shù)包括壓力F1，F(xiàn)2；軸肩3、5旋轉(zhuǎn)速度ω1；攪拌頭4、6旋轉(zhuǎn)速度ω2，及水平移動(dòng)速度V；攪拌頭4、6及軸肩3、5上下移動(dòng)行程S；攪拌頭4、6的插入深度h、插入速度v1、插入停留時(shí)間t、攪拌頭的回抽速度v2；以及上下攪拌頭同軸度等參數(shù)。壓力F1(用于焊接)取值范圍為1470-5880N；壓力F2(用于產(chǎn)熱和防止塑性金屬外溢)取值可略小，范圍可定為1000-5000N；攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度ω2范圍0-4500RPM；軸肩的旋轉(zhuǎn)速度ω1(旋轉(zhuǎn)方向和ω2相反)范圍0-4500RPM；攪拌頭及軸肩上下移動(dòng)行程S和攪拌摩擦點(diǎn)焊試樣的厚度有直接的關(guān)系，在試驗(yàn)時(shí)一般用到的板材的厚度范圍為1mm～10mm，因此在焊前軸肩之間的間距要大于20mm，焊接時(shí)間距能夾緊達(dá)到2mm左右，故要求軸肩的間距在0-30mm之間可變化，即上、下軸肩上下移動(dòng)的行程均選為0-15mm；上攪拌頭的插入深度h＝上攪拌頭下移距離與上軸肩下移距離的差值；與板厚相關(guān)，板厚度越大插入的深度可選擇越大。插入的時(shí)間可在0.1-1.0s變化；插入停留時(shí)間t指攪拌頭到位后停留的時(shí)間，對接頭的質(zhì)量有直接的影響，可選擇插入停留時(shí)間可在0.1-1.0s變化；由于雙面攪拌摩擦點(diǎn)焊時(shí)是上下點(diǎn)焊同時(shí)進(jìn)行，并且加載的力較大，因此在焊接時(shí)要求上下攪拌頭的同軸度好。如圖1所示施焊前，將待焊件1和2搭接，通過上、下軸肩施加一定的壓力F1于待焊件上；如圖2所示，施焊時(shí)，上、下軸肩按一定的方向旋轉(zhuǎn)，而上、下攪拌頭加載壓力F1，F(xiàn)1大于F2，且上、下攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向與軸肩旋轉(zhuǎn)方向相反，使上、下攪拌頭插人待焊件1、2到一定的深度并維持一段時(shí)間，通過上、下軸肩和上、下攪拌頭與1、2待焊件表面摩擦，把產(chǎn)生的熱量傳入給待焊件1、2，使待焊件1、2接觸面處在熱——機(jī)作用下形成高質(zhì)量焊點(diǎn)；如圖3所示，焊接完成后，上、下攪拌頭先卸載拔出，然后上、下軸肩卸載，并停止旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)采用攪拌頭，旋轉(zhuǎn)著插入待焊工件，通過攪拌頭與工件之間的摩擦，使金屬軟化并發(fā)生塑性流動(dòng)，通過攪拌頭施加的鍛壓力形成可靠的連接，其特點(diǎn)在于通過裝置從兩面同時(shí)攪拌摩擦點(diǎn)焊加工；并且本發(fā)明的施焊部分主要包括四個(gè)部分，即上、下攪拌頭和上、下軸肩；所述上、下軸肩設(shè)計(jì)在攪拌頭的周圍，在施焊時(shí)對待焊件施加一定的壓力和高速旋轉(zhuǎn)，上、下攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向與軸肩旋轉(zhuǎn)方向相反；上、下攪拌頭插入待焊件到一定的深度并維持一段時(shí)間，通過上、下軸肩和上、下攪拌頭與待焊件表面摩擦，把產(chǎn)生的熱量傳入給待焊件，使待焊件接觸面處在熱——機(jī)作用下形成高質(zhì)量焊點(diǎn)；焊接完成后，上、下攪拌頭先卸載拔出，然后上、下軸肩卸載，并停止旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)采用攪拌頭，從兩面同時(shí)攪拌摩擦點(diǎn)焊加工；并且本發(fā)明的施焊部分主要包括四個(gè)部分，即上、下攪拌頭和上、下軸肩；雙面攪拌摩擦點(diǎn)焊過程的摩擦熱及塑性變形能是從上下兩面產(chǎn)生的；雙面攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)上、下的攪拌頭周圍有可以自由旋轉(zhuǎn)的軸肩，軸肩的旋轉(zhuǎn)可以補(bǔ)充在雙面攪拌摩擦點(diǎn)焊過程中攪拌頭產(chǎn)熱的不足；正是由于這些區(qū)別，不僅可以使焊接表面的壓入坑和擠出物都減少一半而且使焊接過程的產(chǎn)熱提高一倍，因而雙面攪拌摩擦焊不僅可以克服單面攪拌摩擦點(diǎn)焊的缺點(diǎn)還可以提高生產(chǎn)率。
文檔編號B23K20/12GK101053923SQ20071005225
公開日2007年10月17日 申請日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者董仕節(jié), 黃華, 謝志勇 申請人:湖北汽車工業(yè)學(xué)院