專(zhuān)利名稱(chēng)：一種攪拌針與軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的攪拌摩擦焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦焊接方法。
背景技術(shù)：
攪拌摩擦焊是一種新型的固相連接技術(shù)，克服了熔焊方法容易產(chǎn)生裂紋和氣孔等 焊接缺陷的問(wèn)題，使得以往難于熔焊的某些材料實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)焊接，并一舉成為鋁、鎂及其合 金的首選焊接方法。然而，現(xiàn)有的攪拌摩擦焊攪拌頭兩側(cè)的材料流動(dòng)行為存在一定差異，前 進(jìn)側(cè)攪拌頭相對(duì)于被焊材料的線(xiàn)速度是攪拌頭旋轉(zhuǎn)線(xiàn)速度與焊接速度之和，而后退側(cè)攪拌 頭相對(duì)于被焊材料的線(xiàn)速度是攪拌頭旋轉(zhuǎn)線(xiàn)速度與焊接之差。此外，攪拌針對(duì)前進(jìn)側(cè)的材 料是一種“削”的作用，而對(duì)后退側(cè)材料則是一種“抹”的作用，即攪拌針首先從前進(jìn)側(cè)“削” 下材料，然后“抹”到后退側(cè)，這就造成了攪拌頭兩側(cè)的材料流動(dòng)相對(duì)于焊縫中心線(xiàn)不對(duì)稱(chēng)。 這種材料流動(dòng)的不對(duì)稱(chēng)造成了攪拌摩擦焊接溫度場(chǎng)、接頭組織和殘余應(yīng)力分布的不對(duì)稱(chēng)， 最終導(dǎo)致接頭性能不對(duì)稱(chēng)，從而降低焊接結(jié)構(gòu)的承載能力。為了解決這種不對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，國(guó)外有人提出了攪拌頭周期性換向轉(zhuǎn)動(dòng)的攪拌摩擦焊 接方法，即每隔一段時(shí)間改變一次旋轉(zhuǎn)方向，但這種焊接方法所形成的焊縫在每一個(gè)旋轉(zhuǎn) 周期的區(qū)域內(nèi)仍然是不對(duì)稱(chēng)的。同時(shí)，這種方法在換向過(guò)程中存在短暫的停車(chē)，即在正傳和 反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)攪拌頭轉(zhuǎn)速為零的現(xiàn)象，導(dǎo)致接頭性能不對(duì)稱(chēng)，降低了焊接結(jié)構(gòu) 的承載能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的攪拌摩擦焊接方法存在溫度場(chǎng)、接頭組織和殘余應(yīng)力分布 的不對(duì)稱(chēng)，導(dǎo)致接頭性能不對(duì)稱(chēng)，降低了焊接結(jié)構(gòu)的承載能力的問(wèn)題，進(jìn)而提出一種攪拌針 與軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的攪拌摩擦焊接方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是
本發(fā)明的攪拌針與軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的攪拌摩擦焊接方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的 步驟一、將第一被焊工件和第二被焊工件對(duì)接設(shè)置且二者位于同一水平面上(即將第 一被焊工件和第二被焊工件組對(duì))，并用夾具裝夾在工作臺(tái)上；所述第一被焊工件和第二被 焊工件均為板材；
步驟二、攪拌頭的攪拌針以100 3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速扎入待焊部位(即第一被焊工件 和第二被焊工件的對(duì)接面)；攪拌頭的軸肩的旋轉(zhuǎn)方向與攪拌針的旋轉(zhuǎn)方向相反，攪拌頭的 軸肩的轉(zhuǎn)速與攪拌針的轉(zhuǎn)速相同；攪拌頭扎入速度為1 5mm/分鐘，攪拌針扎入工件深度 比工件厚度小0 0. 5mm，軸肩扎入工件的深度為0 0. 5mm ；
步驟三、當(dāng)攪拌頭達(dá)到設(shè)定的下扎深度時(shí)，攪拌頭以100 5000mm/分的速度沿第一被 焊工件和第二被焊工件的對(duì)接面水平方向移動(dòng)，直到焊接完成為止。本發(fā)明的有益效果是
一、攪拌針和軸肩對(duì)被焊材料流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力作用方向相反，兩股反向流動(dòng)會(huì)發(fā)生一定
3程度的中和，從而降低攪拌摩擦焊接頭組織與性能的不對(duì)稱(chēng)性，提高攪拌摩擦焊接頭的力 學(xué)性能，提高了焊接結(jié)構(gòu)的承載能力；
二、攪拌針和軸肩對(duì)被焊材料的扭矩作用方向相反，發(fā)生一定程度的抵消，從而降低攪 拌頭整體對(duì)被焊材料的扭矩作用，有利于降低裝夾要求，提高生產(chǎn)效率。


圖1是攪拌頭的結(jié)構(gòu)示意圖(攪拌頭3由攪拌針1與軸肩2組成)；圖2是攪拌針 與軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的攪拌摩擦焊接過(guò)程示意圖；圖3是攪拌摩擦焊接過(guò)程攪拌頭與兩塊待焊 板材的位置關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一如圖1 3所示，本實(shí)施方式所述的一種攪拌針與軸肩 逆向旋轉(zhuǎn)的攪拌摩擦焊接方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的
步驟一、將第一被焊工件4和第二被焊工件5對(duì)接設(shè)置且二者位于同一水平面上(即將 第一被焊工件4和第二被焊工件5組對(duì))，并用夾具裝夾在工作臺(tái)上；所述第一被焊工件4 和第二被焊工件5均為板材；
步驟二、攪拌頭3的攪拌針1以100 3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速 ⑩扎入待焊部位(即第一被焊工件4和第二被焊工件5的對(duì)接面);攪拌頭3的軸肩2的旋
轉(zhuǎn)方向與攪拌針1的旋轉(zhuǎn)方向相反，攪拌頭3的軸肩2的轉(zhuǎn)速@與攪拌針1的轉(zhuǎn)速 相
同；攪拌頭3扎入速度為1 5mm/分鐘，攪拌針1扎入工件深度Hl比工件厚度T小0 0. 5mm,軸肩2扎入工件的深度H2為0 0. 5mm ；
步驟三、當(dāng)攪拌頭3達(dá)到設(shè)定的下扎深度時(shí)，攪拌頭3以100 5000mm/分的速度沿第 一被焊工件4和第二被焊工件5的對(duì)接面水平方向移動(dòng)，直到焊接完成為止。攪拌頭3由攪拌針1與軸肩2組成，軸肩2套裝在攪拌針1上，攪拌針1的旋轉(zhuǎn)方 向與軸肩2的旋轉(zhuǎn)方向相反，但攪拌頭3由攪拌針1的旋轉(zhuǎn)速度大小相等。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式在步驟二中，所述攪拌針1的轉(zhuǎn)速為200 2500 轉(zhuǎn)/分?？梢愿鶕?jù)第一被焊工件4和第二被焊工件5的具體情況選擇軸肩的旋轉(zhuǎn)速度< ， 以減小攪拌頭下扎和前進(jìn)阻力。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式在步驟二中，所述的攪拌頭3扎入速度為2 4mm/ 分鐘?？梢愿鶕?jù)第一被焊工件4和第二被焊工件5的具體情況選擇攪拌頭3的扎入速度， 使攪拌頭易于扎入被焊工件。其它步驟與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式在步驟二中，所述的攪拌針1扎入工件的深度Hl比 工件厚度τ小0. 3mm?？梢愿鶕?jù)第一被焊工件4和第二被焊工件5的具體情況選擇攪拌針 1的扎入深度，以增加焊縫強(qiáng)度。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式在步驟二中，所述的軸肩2扎入工件的深度H2為 0. 1 0. 3mm?？梢愿鶕?jù)第一被焊工件4和第二被焊工件5的具體情況選擇軸肩2的扎入 深度，以增加接頭強(qiáng)度。其它步驟與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式在步驟三中，所述的攪拌頭3以500 2500mm/分的速度沿水平方向移動(dòng)。可以根據(jù)第一被焊工件4和第二被焊工件5的具體情況選擇攪拌頭 3的水平移動(dòng)速度，以增加接頭強(qiáng)度。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
權(quán)利要求
一種攪拌針與軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的攪拌摩擦焊接方法，其特征在于所述攪拌摩擦焊接方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、將第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)對(duì)接設(shè)置且二者位于同一水平面上(即將第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)組對(duì))，并用夾具裝夾在工作臺(tái)上；所述第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)均為板材；步驟二、攪拌頭(3)的攪拌針(1)以100～3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速()扎入待焊部位(即第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)的對(duì)接面)；攪拌頭(3)的軸肩(2)的旋轉(zhuǎn)方向與攪拌針(1)的旋轉(zhuǎn)方向相反，攪拌頭(3)的軸肩(2)的轉(zhuǎn)速()與攪拌針(1)的轉(zhuǎn)速()相同；攪拌頭(3)扎入速度為1～5mm/分鐘，攪拌針(1)扎入工件深度(H1)比工件厚度(T)小0～0.5mm，軸肩(2)扎入工件的深度(H2)為0～0.5mm；步驟三、當(dāng)攪拌頭(3)達(dá)到設(shè)定的下扎深度時(shí)，攪拌頭(3)以100～5000mm/分的速度沿第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)的對(duì)接面水平方向移動(dòng)，直到焊接完成為止。2010102587572100001dest_path_image001.jpg,23781dest_path_image002.jpg,840427dest_path_image001.jpg
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種攪拌針與軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的攪拌摩擦焊接方法，其特征在 于在步驟二中，所述攪拌針(1)的轉(zhuǎn)速( )為200 2500轉(zhuǎn)/分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種攪拌針與軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的攪拌摩擦焊接方法，其特 征在于步驟二中，所述的攪拌頭(3)扎入速度為2 4mm/分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種攪拌針與軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的攪拌摩擦焊接方法，其特征在 于在步驟二中，所述的攪拌針(1)扎入工件的深度(Hl)比工件厚度(T)小0. 3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種攪拌針與軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的攪拌摩擦焊接方法，其特征在 于在步驟二中，所述的軸肩(2)扎入工件的深度(H2)為0. 1 0. 3mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種攪拌針與軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的攪拌摩擦焊接方法，其特征在 于在步驟三中，所述的攪拌頭(3)以500 2500mm/分的速度沿水平方向移動(dòng)。
全文摘要
一種攪拌針與軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的攪拌摩擦焊接方法，它涉及一種攪拌摩擦方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的攪拌摩擦焊接方法存在溫度場(chǎng)、接頭組織和殘余應(yīng)力分布的不對(duì)稱(chēng)，導(dǎo)致接頭性能不對(duì)稱(chēng)，降低了焊接結(jié)構(gòu)的承載能力的問(wèn)題。將第一被焊工件和第二被焊工件對(duì)接裝夾在工作臺(tái)上；攪拌針以100～3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速扎入待焊部位；攪拌頭的軸肩的旋轉(zhuǎn)方向與攪拌針的旋轉(zhuǎn)方向相反，攪拌頭的軸肩的轉(zhuǎn)速與攪拌針的轉(zhuǎn)速相同；當(dāng)攪拌頭達(dá)到設(shè)定的下扎深度時(shí)，攪拌頭以100～5000mm/分的速度沿焊縫方向移動(dòng)。本發(fā)明的攪拌針和軸肩對(duì)被焊材料流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力作用方向相反，降低了攪拌摩擦焊接頭組織與性能的不對(duì)稱(chēng)性，提高了攪拌摩擦焊接頭的力學(xué)性能。
文檔編號(hào)B23K20/24GK101890572SQ20101025875
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者劉會(huì)杰, 張會(huì)杰, 張超群, 李金全, 趙運(yùn)強(qiáng) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)