專利名稱：雙動環(huán)摩擦點焊方法
技術領域：
本發(fā)明屬于焊接領域，具體涉及一種雙動環(huán)摩擦點焊方法。
背景技術：
中國專利CN101053923A于2007年10月17日公開了一種攪拌摩擦點焊技術采用 攪拌頭，從兩面同時攪拌摩擦點焊加工；其施焊部分主要包括四個部分，即上、下攪拌頭和 上、下軸肩；雙面攪拌摩擦點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 拌摩擦點焊技術上、下的攪拌頭周圍有可以自由旋轉的軸肩，軸肩的旋轉可以補充在雙面 攪拌摩擦點焊過程中攪拌頭產(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 服單面攪拌摩擦點焊的缺點還可以提高生產(chǎn)率。攪拌摩擦點焊的缺陷為存在匙孔，表面不 平整。摩擦點焊技術(Friction Spot Welding)是由德國GKSS研究中心于1999年發(fā)明 的原位填充固相點焊，詳情見美國專利US6722556-B2。摩擦點焊采用分體的點焊工具，通過 精確控制點焊工具的相對運動，對焊點部位的材料進行摩擦熱力擠壓而形成無匙孔點焊接 頭，點焊部位表面平整。在點焊過程中，點焊工具套環(huán)下壓時在接頭外圈側壁剪切形成了新的界面，而此 界面在后續(xù)階段與擠壓流動于此的熱塑性材料連接形成新的連接面，但是由于此處位于接 頭最外圈，界面溫度相對較低，因此新的連接面成形條件惡劣，如果工藝參數(shù)不當就會造成 虛連接的情況。因此雖然采用此摩擦點焊方法焊接鋁合金能夠實現(xiàn)較電阻電焊更為優(yōu)質 的連接，但由于此焊接方法的固有特點，焊點接頭的薄弱處由電阻點焊時的層間連接面轉 移到上述的新的連接面上。因此，發(fā)明新型摩擦點焊技術，用以改變傳統(tǒng)摩擦點焊薄弱連接面具有迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有摩擦點焊技術的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是提出一種用以 改變傳統(tǒng)摩擦點焊存在薄弱連接面的雙動環(huán)摩擦點焊方法。本發(fā)明方法對傳統(tǒng)摩擦點焊的 靜外圈壓環(huán)提出技術創(chuàng)新，將此改為旋轉動環(huán)并有下壓動作的方法，保證了點焊接頭數(shù)值 連接面的成形溫度和結合壓力，加強了原摩擦點焊接頭存在的固有薄弱面，實現(xiàn)固相點狀 接頭的接頭各處一致性的高質量連接。本發(fā)明為解決上述技術問題而采用的技術方案為一種雙動環(huán)摩擦點焊方法，包 括如下步驟1)外圈套環(huán)壓緊工件表面，中間環(huán)套及中心軸貼緊工件表面擠壓旋轉、摩擦加熱 工件待焊部位，使金屬材料塑性軟化；2)中間套環(huán)擠壓旋轉壓入材料內(nèi)部，同時中心軸旋轉上升，塑性材料向中心軸區(qū) 域流動；
3)中心軸旋轉向下擠壓，中間圓環(huán)旋轉回撤上升，同時外圈環(huán)套也旋轉下降，塑性 材料在中心軸的擠壓作用下回填到原來的中心軸和中間套環(huán)構成的區(qū)域內(nèi)；4)在摩擦點焊工具的中心軸、中間環(huán)套和外圈環(huán)套運動到設定位置后，保持頂鍛 0. 2s ls，移開摩擦點焊工具，焊接過程結束，搭接工件被焊點連接成一體。本發(fā)明上述方法中，假設外圈環(huán)套的最終下壓量深度為h，下壓過程可以為勻速下 降亦可有一定的加速度，h值與焊接深度有關，過大會對表面成形造成一定影響，過小則不 能保證豎直連接面處母材側的內(nèi)壓力。一般來說，h值優(yōu)選為點焊焊接深度H的0. 005 0. 01倍與第一塊試板厚度之和。本發(fā)明的關鍵創(chuàng)新在外圈環(huán)套的旋轉和下壓動作，當中間環(huán)套到達設定焊接深度 位置時，外圈環(huán)套開始旋轉，并隨著中間環(huán)套的上升和中心軸的下壓，外圈環(huán)套也有一定深 度的下壓量。外圈環(huán)套的旋轉產(chǎn)熱用以保證豎直連接面處母材的適當溫度，而下壓動作用 以保證豎直連接面處母材側的內(nèi)壓力，這兩個動作從熱和力兩個方面均為母材和焊點內(nèi)部 擠壓流動于此材料的結合提供了最佳的連接條件。本發(fā)明采用將原靜止外套環(huán)改為旋轉動環(huán)并有下壓動作的方法加強了原摩擦點 焊接頭存在的固有薄弱面，實現(xiàn)固相點狀接頭的接頭各處一致性的高質量連接。該方法與 現(xiàn)有摩擦點焊方法相比，具有以下優(yōu)點1)焊點接頭質量一致性好；幻提高焊點抗拉抗剪 強度。


圖1 圖5為本發(fā)明雙動環(huán)摩擦點焊的過程示意圖。其中，11為中心軸，12為中間環(huán)套，13為外圈環(huán)套，14為夾持墊板，21為點焊區(qū)域 材料，22為上層焊接材料，23為下層焊接材料。
具體實施例方式如圖1 圖5所示，本發(fā)明優(yōu)選實施例提供的雙動環(huán)摩擦點焊方法，包括如下步 驟1)摩擦加熱階段外圈套環(huán)13壓緊工件表面起到拘束模具作用，中間環(huán)套12及 中心軸11貼緊工件表面擠壓旋轉、摩擦加熱工件待焊部位，使金屬材料塑性軟化；2)原位混合階段中間套環(huán)12擠壓旋轉壓入材料內(nèi)部，同時中心軸11旋轉上升， 塑性材料向中心軸區(qū)域流動；以上兩個階段與傳統(tǒng)摩擦點焊過程階段相同，外圈環(huán)套13不必旋轉和下壓，待中 間環(huán)套12到達設定焊接深度的位置時，外圈環(huán)套開始旋轉，繼而進行下述過程。3)加強型原位鍛造階段中心軸11旋轉向下擠壓，中間圓環(huán)旋轉回撤上升，同時 外圈環(huán)套也旋轉下降，塑性材料在中心軸的擠壓作用下回填到原來的中心軸11和中間套 環(huán)12構成的區(qū)域內(nèi)；此階段為豎直連接面的成形階段，屬于焊接的最關鍵環(huán)節(jié)，相對于傳統(tǒng)摩擦點焊 此階段附加了外圈環(huán)套13旋轉下降的動作，用以加強豎直連接面的連接強度，外圈環(huán)套下 壓量范圍為0. Imm 0. mm，具體選值由點焊材料厚度而定。。4)焊接成形階段在點焊工具的中心軸11、中間環(huán)套12和外圈環(huán)套13運動到設定位置后，保持頂鍛一段時間，移開摩擦點焊工具，焊接過程即結束；搭接工件被焊點連接 成一體。 本發(fā)明中，中心軸11、中間環(huán)套12和外圈環(huán)套13的旋轉速度范圍為500r/min 3000r/min。如圖5所示，假設外圈環(huán)套的最終下壓量深度為h，下壓過程可以為勻速下降亦 可有一定的加速度，h值與焊接深度有關，過大會對表面成形造成一定影響，過小則不能保 證豎直連接面處母材側的內(nèi)壓力。一般來說，本實施例中，h值為點焊焊接深度H的0. 005 0. 01 倍。
權利要求
1.一種雙動環(huán)摩擦點焊方法，其特征是，該方法包括如下步驟1)外圈套環(huán)壓緊工件表面，中間環(huán)套及中心軸貼緊工件表面擠壓旋轉、摩擦加熱工件 待焊部位，使金屬材料塑性軟化；2)中間套環(huán)擠壓旋轉壓入材料內(nèi)部，同時中心軸旋轉上升，塑性材料向中心軸區(qū)域流動；3)中心軸旋轉向下擠壓，中間圓環(huán)旋轉回撤上升，同時外圈環(huán)套也旋轉下降，塑性材料 在中心軸的擠壓作用下回填到原來的中心軸和中間套環(huán)構成的區(qū)域內(nèi)；4)在摩擦點焊工具的中心軸、中間環(huán)套和外圈環(huán)套運動到設定位置后，保持頂鍛 0. 2s ls，移開摩擦點焊工具，焊接過程結束，搭接工件被焊點連接成一體。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙動環(huán)摩擦點焊方法，其特征是，外圈環(huán)套的最終下壓量深 度為點焊焊接深度的0. 005 0. 01倍與第一塊試板厚度之和。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型的固相點狀連接技術，具體公開了一種雙動環(huán)摩擦點焊方法，旨在解決傳統(tǒng)摩擦點焊接頭存在薄弱連接面的問題。本發(fā)明方法采用將原靜止外套環(huán)改為旋轉動環(huán)并有下壓動作的方法加強了原摩擦點焊接頭存在的固有薄弱面，實現(xiàn)固相點狀接頭的接頭各處一致性的高質量連接。
文檔編號B23K20/12GK102091860SQ20091020032
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權日2009年12月11日
發(fā)明者喬鳳斌, 姚君山, 徐萌, 賈洪德 申請人:上海航天設備制造總廠