專利名稱：能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隨焊填絲攪拌摩擦焊接方法，具體涉及一種能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法。
背景技術(shù)：
英國(guó)焊接研究所(TWI)于1991年發(fā)明了攪拌摩擦焊接技術(shù)，該技術(shù)是利用一種特殊形式的攪拌頭插入工件的待焊部位并向前移動(dòng)，高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與工件間進(jìn)行劇烈的摩擦攪拌，所產(chǎn)生的摩擦熱使該部位金屬處于熱塑性狀態(tài)并在攪拌頭的壓力作用下從其前端向后部塑性流動(dòng)，利用軸肩的擠壓聯(lián)合作用，形成致密的焊縫。焊接過(guò)程中待焊金屬不發(fā)生熔化，是一種先進(jìn)的固相連接技術(shù)。這種技術(shù)可以避免出現(xiàn)與熔化焊相關(guān)的氣孔、裂紋等焊接缺陷，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的高質(zhì)量連接。
攪拌摩擦焊焊后不會(huì)出現(xiàn)焊縫余高，但是，由于在焊接過(guò)程中，攪拌頭的軸肩端面需要預(yù)先壓入母材表面一定深度(下壓量)，因此，形成了特有的“飛邊”現(xiàn)象，造成了焊縫處材料的損失，使焊縫截面形貌發(fā)生了 “減薄效應(yīng)”，焊縫的高度低于焊接前母材的原始厚度，明顯降低了焊縫的承載性能。目前控制焊縫減薄的方法主要是減小焊接時(shí)的下壓量或者將焊縫處的材料高度預(yù)先增加，但這些方法都不能很好地控制減薄量，前者嚴(yán)重地影響了焊接質(zhì)量，后者則費(fèi)時(shí)、費(fèi)料，且效果也并不理想。
英國(guó)焊接研究所就攪拌摩擦焊技術(shù)申請(qǐng)的中國(guó)專利(CN1144499A)中，將攪拌頭軸肩的端面結(jié)構(gòu)改進(jìn)為內(nèi)凹面，然而，焊縫的減薄量并未得到很好的控制。申請(qǐng)?zhí)枮?00710302169.2，發(fā)明名稱為《一種組合式去飛邊攪拌摩擦焊攪拌頭》的中國(guó)專利設(shè)計(jì)的攪拌頭可以有效地去除焊縫“飛邊”，獲得高質(zhì)量的表面平整光滑的攪拌摩擦焊焊縫，但這種攪拌頭仍然未能消除焊縫的“減薄效應(yīng)”。申請(qǐng)?zhí)枮?01010120293.9，發(fā)明名稱為《能降低焊縫減薄厚度的攪拌摩擦焊用組合式》的中國(guó)專利設(shè)計(jì)的組合式攪拌頭能夠在一定程度上降低焊縫減薄的厚度而無(wú)法完全消除“減薄效應(yīng)”，其特殊設(shè)計(jì)的攪拌針表面螺紋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊具的加工成本較高且容易損壞。
目前，針對(duì)如何消除焊縫的“減薄效應(yīng)”所提出的專利申請(qǐng)主要集中在對(duì)焊具軸肩和攪拌針結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，而很少涉及通過(guò)外加焊接材料改變焊縫厚度，從而解決焊縫減薄問(wèn)題的方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)傳統(tǒng)的攪拌摩擦焊接技術(shù)無(wú)法解決的焊縫厚度減薄的問(wèn)題，提供一種能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法。
本發(fā)明的能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
步驟一、焊前準(zhǔn)備:將送絲輪和定位導(dǎo)輪固定安裝于焊機(jī)主軸上，將母材對(duì)接或搭接裝夾，將帶狀焊絲置于定位導(dǎo)輪之下，定位導(dǎo)輪緊貼母材表面，并將帶狀焊絲固定于母材表面，將帶狀焊絲的端部置于攪拌頭的正下方，帶狀焊絲的寬度d應(yīng)等于或小于攪拌頭的軸肩直徑D，母材的厚度與帶狀焊絲的厚度之和為工件總厚度T，攪拌頭上的攪拌針的長(zhǎng)度L比工件總厚度T小0.1mm 0.5mm ；
步驟二、施焊:啟動(dòng)焊機(jī)，攪拌頭開(kāi)始垂直向下進(jìn)給，隨后，攪拌頭上的攪拌針開(kāi)始與帶狀焊絲的端部接觸并鉆入母材內(nèi)，焊接開(kāi)始，焊接過(guò)程中，送絲輪、定位導(dǎo)輪和攪拌頭與主軸一同沿焊接方向運(yùn)動(dòng)，攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度為200rpm 1500rpm、焊接速度為25mm/min 800mm/min,攪拌頭的傾角為O 4° ,軸肩壓入深度為0.1mm 0.4mm,通過(guò)攪拌針和軸肩的攪拌加熱作用實(shí)現(xiàn)對(duì)母材的焊接；
步驟三、焊后清理:送絲輪和定位導(dǎo)輪和攪拌頭與焊機(jī)主軸一同提起后，用剪鉗剪斷焊絲，用鋼絲刷去除多余的焊絲材料及飛邊。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):一、本發(fā)明改變了傳統(tǒng)攪拌摩擦焊的焊接過(guò)程，利用軸肩的攪拌摩擦和鍛壓作用將帶狀焊絲焊接于母材表面，增加焊縫厚度，消除減薄效應(yīng)，本發(fā)明的方法所形成的焊縫為規(guī)則的魚(yú)鱗紋焊縫，且平滑美觀。通過(guò)隨焊送入帶狀焊絲的方法解決焊縫減薄的問(wèn)題，送絲設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，焊接成本低，操作簡(jiǎn)便，容易實(shí)現(xiàn)。二、本發(fā)明屬于固相連接方法，利用攪拌頭所特有的摩擦攪拌和鍛壓作用，將外加焊絲材料焊接于母材表面，焊接溫度低，熱畸變小，焊接殘余應(yīng)力低，界面結(jié)合強(qiáng)度高，焊縫成形平滑美觀。三、通過(guò)改變帶狀焊絲的材料，可以改變焊縫的表面性能，特別是耐磨、耐蝕等特性。四、焊接區(qū)域無(wú)需真空或氣體保護(hù)，焊接過(guò)程無(wú)弧光、煙塵污染，焊接環(huán)境較清潔。


圖1是帶狀焊絲隨焊送入的攪拌摩擦焊方法的焊前示意圖；圖2是帶狀焊絲隨焊送入的攪拌摩擦焊方法的焊接過(guò)程示意圖；圖3是圖2的俯視圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一:結(jié)合圖1 圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
步驟一、焊前準(zhǔn)備:見(jiàn)圖1，將送絲輪3和定位導(dǎo)輪4固定安裝于焊機(jī)主軸上，將母材2對(duì)接或搭接裝夾，將帶狀焊絲5置于定位導(dǎo)輪4之下，定位導(dǎo)輪4緊貼母材2表面，并將帶狀焊絲5固定于母材2表面，見(jiàn)圖1，將帶狀焊絲5的端部置于攪拌頭I的正下方，使其端部在焊接開(kāi)始時(shí)能夠完全被軸肩所覆蓋，帶狀焊絲5的寬度d應(yīng)等于或小于攪拌頭I的軸肩直徑D，使得帶狀焊絲5的兩側(cè)邊緣在焊接過(guò)程中能夠完全被軸肩所覆蓋，母材2的厚度與帶狀焊絲5的厚度之和為工件總厚度T，攪拌頭I上的攪拌針1-1的長(zhǎng)度L比工件總厚度T小0.1mm 0.5mm,可設(shè)計(jì)祐1架結(jié)構(gòu),送絲輪3和定位導(dǎo)輪4通過(guò)祐1架結(jié)構(gòu)固定安裝于焊機(jī)主軸上；
步驟二、施焊:啟動(dòng)焊機(jī)，攪拌頭I開(kāi)始垂直向下進(jìn)給，隨后，攪拌頭I上的攪拌針1-1開(kāi)始與帶狀焊絲5的端部接觸并鉆入母材2內(nèi)，焊接開(kāi)始，焊接過(guò)程中，送絲輪3、定位導(dǎo)輪4和攪拌頭I與主軸一同沿焊接方向運(yùn)動(dòng),攪拌頭I的旋轉(zhuǎn)速度為200rpm 1500rpm、焊接速度為25mm/min 800mm/min,攪拌頭I的傾角為O 4° ,軸肩壓入深度為0.1mm 0.4mm，通過(guò)攪拌針1-1和軸肩的攪拌加熱作用實(shí)現(xiàn)對(duì)母材2的焊接，并主要利用軸肩的攪拌和鍛壓作用將帶狀焊絲5堆焊于母材2的表面，形成規(guī)則的魚(yú)鱗紋焊縫；攪拌頭I的旋轉(zhuǎn)方向、焊接方向、定位輪旋轉(zhuǎn)方向、焊絲送進(jìn)方向和送絲輪旋轉(zhuǎn)方向如圖2所示，攪拌頭I的尺寸(軸肩直徑、軸肩錐度、攪拌針長(zhǎng)度、攪拌針錐度)選擇常規(guī)攪拌頭最優(yōu)尺寸；步驟三、焊后清理:送絲輪3和定位導(dǎo)輪4和攪拌頭I與焊機(jī)主軸一同提起后，用剪鉗剪斷焊絲，用鋼絲刷去除多余的焊絲材料及飛邊。
具體實(shí)施方式
二:結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟一中的攪拌頭1、定位導(dǎo)輪4、帶狀焊絲5、送絲輪3位于同一直線上。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三:結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟一中定位導(dǎo)輪4兩側(cè)設(shè)計(jì)有凸緣4-1，凸緣4-1高度應(yīng)大于或等于帶狀焊絲5的厚度。凸緣4-1可以避免帶狀焊絲5橫向移動(dòng)，凸緣4-1引導(dǎo)帶狀焊絲5沿焊接方向鋪設(shè)。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:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟一中的攪拌頭I上的攪拌針1-1的長(zhǎng)度L比工件總厚度T小0.3mm。其它步驟與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五:結(jié)合圖1 圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟一中的帶狀焊絲5可重疊放置多層，多層帶狀焊絲5可為同種材料或異種材料。這樣為得到不同厚度和結(jié)構(gòu)的堆焊層。當(dāng)帶狀焊絲5采用多層重疊的方式進(jìn)行焊接時(shí)，定位導(dǎo)輪4兩側(cè)的凸緣4-1高度應(yīng)大于或等于多層帶狀焊絲5的累加厚度。其它步驟與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
六:結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟二中的攪拌頭I的旋轉(zhuǎn)速度為500rpm、焊接速度為600mm/min,攪拌頭I的傾角為2° ,軸肩壓入深度為
0.2mm。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七:結(jié)合圖1 圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟二中的攪拌頭I的旋轉(zhuǎn)速度為800rpm、焊接速度為200mm/min，攪拌頭I的傾角為2。，軸肩壓入深度為
0.3mmο具體實(shí)施方式
八:結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟二中的攪拌頭I的旋轉(zhuǎn)速度為800rpm、焊接速度為500mm/min,攪拌頭I的傾角為3° ,軸肩壓入深度為
0.2mm。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
九:結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟二中的攪拌頭I的旋轉(zhuǎn)速度為lOOOrpm、焊接速度為300mm/min,攪拌頭I的傾角為1°，軸肩壓入深度為
0.4mm。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十:結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟二中的攪拌頭I的旋轉(zhuǎn)速度為1200rpm、焊接速度為400mm/min，攪拌頭I的傾角為4°，軸肩壓入深度為
0.1mm。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.一種能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法，其特征在于:所述方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的: 步驟一、焊前準(zhǔn)備:將送絲輪(3)和定位導(dǎo)輪(4)固定安裝于焊機(jī)主軸上，將母材(2)對(duì)接或搭接裝夾，將帶狀焊絲(5)置于定位導(dǎo)輪(4)之下，定位導(dǎo)輪(4)緊貼母材(2)表面，并將帶狀焊絲(5)固定于母材(2)表面，將帶狀焊絲(5)的端部置于攪拌頭(I)的正下方，帶狀焊絲(5)的寬度d應(yīng)等于或小于攪拌頭(1)的軸肩直徑D，母材(2)的厚度與帶狀焊絲(5)的厚度之和為工件總厚度T，攪拌頭(1)上的攪拌針(1-1)的長(zhǎng)度L比工件總厚度T小0.1mm 0.5mm ； 步驟二、施焊:啟動(dòng)焊機(jī)，攪拌頭(1)開(kāi)始垂直向下進(jìn)給，隨后，攪拌頭(I)上的攪拌針(1-1)開(kāi)始與帶狀焊絲(5)的端部接觸并鉆入母材(2)內(nèi)，焊接開(kāi)始，焊接過(guò)程中，送絲輪(3)、定位導(dǎo)輪(4)和攪拌頭(I)與主軸一同沿焊接方向運(yùn)動(dòng)，攪拌頭(I)的旋轉(zhuǎn)速度為200rpm 1500rpm、焊接速度為25mm/miη 800mm/min,攬拌頭(I)的傾角為O 4。，軸肩壓入深度為0.1mm 0.4mm,通過(guò)攪拌針(1_1)和軸肩的攪拌加熱作用實(shí)現(xiàn)對(duì)母材(2)的焊接； 步驟三、焊后清理:送絲輪(3)和定位導(dǎo)輪(4)和攪拌頭(I)與焊機(jī)主軸一同提起后，用剪鉗剪斷焊絲，用鋼絲刷去除多余的焊絲材料及飛邊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法，其特征在于:所述步驟一中的攪拌頭(I)、定位導(dǎo)輪(4)、帶狀焊絲(5)、送絲輪(3)位于同一直線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法，其特征在于:所述步驟一中定位導(dǎo)輪(4)兩側(cè)設(shè)計(jì)有凸緣(4-1)，凸緣(4-1)高度應(yīng)大于或等于帶狀焊絲(5)的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法，其特征在于:所述步驟一中的攪拌頭(1)上的攪拌針(1-1)的長(zhǎng)度L比工件總厚度T小0.3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法，其特征在于:所述步驟一中的帶狀焊絲(5)可重疊放置多層，多層帶狀焊絲(5)可為同種材料或異種材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法，其特征在于:所述步驟二中的攪拌頭(1)的旋轉(zhuǎn)速度為500rpm、焊接速度為600mm/min,攪拌頭(I)的傾角為2°，軸肩壓入深度為0.2mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法，其特征在于:所述步驟二中的攪拌頭(1)的旋轉(zhuǎn)速度為800rpm、焊接速度為200mm/min,攪拌頭(I)的傾角為2°，軸肩壓入深度為0.3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法，其特征在于:所述步驟二中的攪拌頭(1)的旋轉(zhuǎn)速度為800rpm、焊接速度為500mm/min,攪拌頭(I)的傾角為3°，軸肩壓入深度為0.2mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法，其特征在于:所述步驟二中的攪拌頭(1)的旋轉(zhuǎn)速度為lOOOrpm、焊接速度為300mm/min,攪拌頭(I)的傾角為1°，軸肩壓入深度為0.4mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法，其特征在于:所述步驟二中的攪拌頭(1)的旋轉(zhuǎn)速度為1200rpm、焊接速度為400mm/min,攪拌頭(I)的傾角為4°，軸肩壓入深度 為0.1mm。
全文摘要
能夠消除焊縫減薄的帶狀焊絲隨焊送入攪拌摩擦焊方法，它涉及一種隨焊填絲攪拌摩擦焊接方法，以解決傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接技術(shù)無(wú)法解決的焊縫厚度減薄的問(wèn)題。方法一、焊前準(zhǔn)備送絲輪和定位導(dǎo)輪安裝于焊機(jī)主軸上，母材裝夾，帶狀焊絲置于定位導(dǎo)輪下，定位導(dǎo)輪緊貼母材表面，帶狀焊絲的端部置于攪拌頭的正下方；二、施焊啟動(dòng)焊機(jī)，攪拌頭開(kāi)始垂直向下進(jìn)給，攪拌頭上的攪拌針開(kāi)始與帶狀焊絲的端部接觸并鉆入母材內(nèi)，焊接開(kāi)始，焊接過(guò)程中，送絲輪、定位導(dǎo)輪和攪拌頭與主軸一同沿焊接方向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)攪拌針和軸肩的攪拌加熱作用實(shí)現(xiàn)對(duì)母材的焊接；三、焊后清理用剪鉗剪斷焊絲，用鋼絲刷去除殘留的少量焊絲材料及飛邊。本發(fā)明用于攪拌摩擦焊接。
文檔編號(hào)B23K20/26GK103157903SQ201310127549
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者黃永憲, 韓冰, 呂世雄, 萬(wàn)龍, 劉會(huì)杰, 馮吉才 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)