專利名稱：一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接工藝，特別是涉及一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝。
背景技術(shù)：
作為一種革命性焊接技術(shù)，攪拌摩擦焊具有的接頭強(qiáng)度損失小、缺陷率低、加工過程控制簡單、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)使其在在航空航天、軌道交通、船舶、汽車制造、建筑等工業(yè)制造領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。在軌道交通行業(yè)，隨著列車速度的不斷提高以及輕量化發(fā)展要求，對列車車體結(jié)構(gòu)和焊接接頭強(qiáng)度及其安全性的要求也越來越高。尤其是高速和超高速(500km/小時(shí))列車，用中空鋁合金擠壓型材和熔化焊(MIG)相結(jié)合的制造方式，雖然增加 了結(jié)構(gòu)集成和減輕了整車重量，但是熔化焊接頭的強(qiáng)度低和沖擊韌性差，成為了制約高速軌道車輛安全性的主導(dǎo)因素。所以，基于攪拌摩擦焊的接頭強(qiáng)度和疲勞性能皆優(yōu)于熔化焊接頭，并且變形小，不需要焊后矯形，生產(chǎn)效率高，節(jié)約成本，焊接過程不需要焊絲和保護(hù)氣等優(yōu)越性，目前在國外攪拌摩擦焊已逐漸成為軌道車輛車體制造主導(dǎo)焊接工藝技術(shù)。鋁合金材料廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用領(lǐng)域，在地鐵側(cè)墻的型材接頭，下部側(cè)墻接頭處壁厚與上部側(cè)墻不同，傳統(tǒng)的焊接工藝在實(shí)際的操作過程中，存在裂紋、氣孔未熔合等不足，不能滿足實(shí)際的需要。由此可見，上述現(xiàn)有的攪拌摩擦焊工藝在使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決攪拌摩擦焊工藝存在的問題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成，而一般焊接工藝又不能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。有鑒于上述現(xiàn)有的攪拌摩擦焊工藝存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類工藝設(shè)計(jì)多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的攪拌摩擦焊工藝，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的攪拌摩擦焊工藝存在的缺陷，而提供一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，所要解決的技術(shù)問題是使其在地鐵側(cè)墻的攪拌摩擦焊接工藝，焊縫成形良好，從而更加適于實(shí)用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，應(yīng)用在帶焊縫的接頭本體上，將錐形攪拌頭裝配在攪拌摩擦焊設(shè)備刀柄上，然后將攪拌摩擦焊設(shè)備的主軸向焊接前進(jìn)方向傾斜2.5°，控制焊接壓入量為O. 1-0. 3mm。前述的軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，其中所述的攪拌摩擦焊設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速度為1400轉(zhuǎn)/分-1500轉(zhuǎn)/分，焊接前進(jìn)速度為600mm/min。前述的軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，其中所述的錐形攪拌頭的針長為 4. 5mm 或 6. 5mm。前述的軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，其中所述的錐形攪拌頭為
4.Smnin借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝至少具有下列優(yōu)點(diǎn)
采用本發(fā)明的一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，無裂紋、氣孔、未熔合及隧道等缺陷，焊縫成性良好，拉伸強(qiáng)度平均約為200MPa，達(dá)到母材強(qiáng)度的80%，遠(yuǎn)大于軌道列車制造行業(yè)要求的60%。綜上所述，本發(fā)明一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，在地鐵側(cè)墻的攪拌摩擦焊接工藝，焊縫成形良好。其具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，并在同類焊接工藝中未見有類似的設(shè)計(jì)公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在功能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，且較現(xiàn)有的攪拌摩擦焊工藝具有增進(jìn)的多項(xiàng)功效，從而更加適于實(shí)用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖I為本發(fā)明所述的鋁合金側(cè)墻型材攪拌摩擦焊接頭的結(jié)構(gòu)示意 圖2為6mm鋁合金型材接頭攪拌摩擦焊焊縫宏觀金相 圖3為6mm鋁合金型材接頭攪拌摩擦焊焊縫中心區(qū)域金相 圖4為6mm鋁合金型材接頭攪拌摩擦焊焊縫熱機(jī)結(jié)合區(qū)域金相 圖5為4mm鋁合金型材接頭攪拌摩擦焊焊縫中心區(qū)域金相 圖6為4mm鋁合金型材接頭攪拌摩擦焊焊縫熱機(jī)結(jié)合區(qū)域金相 圖7為2. 5mm鋁合金板材對接接頭熔化極氣體保護(hù)焊焊縫中心區(qū)域金相 圖8為2. 5mm鋁合金板材對接接頭熔化極氣體保護(hù)焊焊縫熱影響區(qū)金相圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。實(shí)施例I
一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，應(yīng)用在帶焊縫的接頭本體上，在焊 縫處加厚，約為熔深的2倍，而熔深約為型材壁厚的I. 4倍，將錐形攪拌頭裝配在攪拌摩擦焊設(shè)備刀柄上，錐形攪拌頭的針長為4. 5mm,然后將攪拌摩擦焊設(shè)備的主軸向焊接前進(jìn)方向傾斜2. 5°，攪拌摩擦焊設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速度為1400轉(zhuǎn)/分-1500轉(zhuǎn)/分，焊接前進(jìn)速度為600mm/min,控制焊接壓入量為O. 1-0. 3mm。，在圖2中，觀察焊縫熔深為6. 8mm,焊縫中心
區(qū)域及熱機(jī)結(jié)合區(qū)域組織都很致密，無裂紋、氣孔等缺陷。圖3為焊縫中心區(qū)，與呈軋制狀組織的母材相比，焊縫中心區(qū)的組織發(fā)生了顯著變化，晶粒形狀變成等軸狀，且晶粒得到顯著細(xì)化。圖4是緊鄰中心區(qū)的熱機(jī)結(jié)合區(qū)組織，可以看出，熱機(jī)結(jié)合區(qū)組織致密，結(jié)合良好，無裂紋、氣孔、未熔合及隧道等缺陷，焊縫成性良好。另外把剩余焊接試板機(jī)加工銑去型材腔內(nèi)筋板，銑成與壁厚a等厚薄板后取兩個(gè)拉伸及四個(gè)彎曲試樣進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，多組試驗(yàn)結(jié)果表明拉伸強(qiáng)度平均約為200MPa，達(dá)到母材強(qiáng)度的80%，遠(yuǎn)大于軌道列車制造行業(yè)要 求的60%，且滾子半徑為30mm時(shí)彎曲180°無裂紋等缺陷，滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)施例2
一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，應(yīng)用在帶焊縫的接頭本體上，下部側(cè)墻接頭處壁厚與上不側(cè)墻不同，為a=2. 7mm,設(shè)計(jì)要求熔深為4mm,接頭處加厚為b=9mm,將錐形攪拌頭裝配在攪拌摩擦焊設(shè)備刀柄上，錐形攪拌頭的針長為6. 5mm,然后將攪拌摩擦焊設(shè)備的主軸向焊接前進(jìn)方向傾斜2. 5°，攪拌摩擦焊設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速度為1400轉(zhuǎn)/分-1500轉(zhuǎn)/分，焊接前進(jìn)速度為600mm/min，控制焊接壓入量為O. 1-0. 3mm,焊接完成后取金相試樣觀察金相，如圖5和圖6，觀察發(fā)現(xiàn)焊縫中心區(qū)域及熱機(jī)結(jié)合區(qū)域組織都很致密，結(jié)合良好，無裂紋、氣孔、未熔合及隧道等缺陷，焊縫成形良好。另外把剩余焊接試板機(jī)加工銑去型材腔內(nèi)筋板，銑成與壁厚a等厚薄板后取兩個(gè)拉伸及四個(gè)彎曲試樣進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，多組試驗(yàn)結(jié)果表明拉伸強(qiáng)度為210MPa，達(dá)到母材強(qiáng)度的84%，遠(yuǎn)大于軌道列車制造行業(yè)要求的60%，且滾子半徑為30mm時(shí)彎曲180°無裂紋等缺陷，滿足設(shè)計(jì)要求。圖7和圖8為鋁合金6mm熔化焊(MIG)接頭的微觀金相圖，比較攪拌摩擦焊的金相圖，發(fā)現(xiàn)攪拌摩擦焊焊縫區(qū)及熱機(jī)結(jié)合區(qū)組織更加致密，基本無裂紋、氣孔等缺陷。上述如此結(jié)構(gòu)構(gòu)成的本發(fā)明一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝的技術(shù)創(chuàng)新，對于現(xiàn)今同行業(yè)的技術(shù)人員來說均具有許多可取之處，而確實(shí)具有技術(shù)進(jìn)步性。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，應(yīng)用在帶焊縫的接頭本體上，其特征在于將錐形攪拌頭裝配在攪拌摩擦焊設(shè)備刀柄上，然后將攪拌摩擦焊設(shè)備的主軸向焊接前進(jìn)方向傾斜2. 5°，控制焊接壓入量為O. 1-0. 3mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，其特征在于其中所述的攪拌摩擦焊設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速度為1400轉(zhuǎn)/分-1500轉(zhuǎn)/分，焊接前進(jìn)速度為600mm/min0
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，其特征在于其中所述的錐形攪拌頭的針長為4. 5mm或6. 5_。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，其特征在于其中所述的錐形攪拌頭為4. 5_。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，應(yīng)用在帶焊縫的接頭本體上，將錐形攪拌頭裝配在攪拌摩擦焊設(shè)備刀柄上，然后將攪拌摩擦焊設(shè)備的主軸向焊接前進(jìn)方向傾斜2.5°，控制焊接壓入量為0.1-0.3mm。采用本發(fā)明的一種軌道交通車輛鋁合金側(cè)墻的攪拌摩擦焊工藝，無裂紋、氣孔、未熔合及隧道等缺陷，焊縫成性良好，拉伸強(qiáng)度平均約為200MPa，達(dá)到母材強(qiáng)度的80%，遠(yuǎn)大于軌道列車制造行業(yè)要求的60%。
文檔編號(hào)B23K20/12GK102642079SQ201210131769
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者夏鐵存, 王志偉, 竇卿 申請人:南京雷爾偉新技術(shù)有限公司