無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接方法及工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接方法及工具，包括中空結(jié)構(gòu)的攪拌頭、設(shè)于攪拌頭中空結(jié)構(gòu)中的可轉(zhuǎn)動(dòng)且可伸縮于攪拌頭中的攪拌針，所述攪拌頭與攪拌針的軸線重合，在攪拌頭的軸肩上設(shè)置有鍛壓凸臺(tái)，該鍛壓凸臺(tái)的高度低于攪拌針伸出攪拌頭后攪拌部分的長(zhǎng)度。在整個(gè)焊接過(guò)程中，不必在設(shè)備上設(shè)置傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，降低焊接設(shè)備復(fù)雜性，將攪拌頭軸肩與被焊材料平面法線的角度為0°，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)傾角攪拌摩擦焊接，采用無(wú)傾角攪拌摩擦焊技術(shù)焊接平面二維時(shí)，在焊縫轉(zhuǎn)彎處不需要調(diào)節(jié)攪拌頭角度，減少焊接工序，同時(shí)不必在設(shè)備上設(shè)置傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，降低焊接設(shè)備復(fù)雜性，提高焊接效率。
【專利說(shuō)明】無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接方法及工具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種適用于同種、異種熱塑性材料的連接及材料加工、工件缺陷修補(bǔ)的無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接方法及工具。
【背景技術(shù)】
[0002]攪拌摩擦焊焊接技術(shù)是一種新穎而有潛力的焊接方法。該方法利用一種特殊工具-攪拌頭，高速旋轉(zhuǎn)并扎入工件，攪拌頭與工件的接觸部位產(chǎn)生了摩擦熱，待其周圍金屬形成塑性軟化層時(shí)開(kāi)始沿焊接方向運(yùn)動(dòng)，焊接過(guò)程中塑化金屬在攪拌頭旋轉(zhuǎn)作用下填充攪拌針后方所形成的空腔，并在攪拌頭軸肩與攪拌針的攪拌及頂端壓力下鍛造形成致密焊縫。該技術(shù)在大量的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用過(guò)程中顯示出一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):(I)、接頭機(jī)械性能良好；
[2]、變形小；(3)、焊接過(guò)程綠色、環(huán)保；(4)、耗材少；(5)、焊接過(guò)程操作簡(jiǎn)便；(6)、焊接缺陷少，一般不產(chǎn)生焊接缺陷；(7)、自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)周期短。
[0003]攪拌摩擦焊被譽(yù)為“綠色焊接技術(shù)”，在航空、航天、船舶、汽車、電子等眾多領(lǐng)域都得到了大量應(yīng)用，而且應(yīng)用的深度和廣度呈現(xiàn)急速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，具有非常好的開(kāi)發(fā)潛力和應(yīng)用前景。
[0004]攪拌摩擦焊技術(shù)雖然優(yōu)點(diǎn)眾多，但并非完美。焊接過(guò)程中，攪拌頭通常會(huì)向前傾斜一定角度，攪拌頭軸線與焊縫所在平面的法線方向的夾角稱為攪拌頭傾角。攪拌頭的傾角一般為±5°。對(duì)于薄板(厚度為I?6mm)采用小角度,通常為I?2° ,對(duì)于中厚板(厚度大于6mm)，根據(jù)被焊接工件的結(jié)構(gòu)和焊接壓力的大小，攪拌頭的傾角通常采用2?5°。攪拌頭與焊縫保持一定的傾斜角，目的是在焊接時(shí)通過(guò)攪拌頭肩部的后沿能夠?qū)缚p施加一定的焊接鍛壓力。而軸肩后沿的擠壓作用防止塑化金屬無(wú)序擠出，易造成焊縫內(nèi)部材料不足而形成孔洞。在直縫焊接時(shí)，保持固定夾角很容易做到，但在平面二維焊接時(shí)，每到焊縫轉(zhuǎn)彎處就需要調(diào)整攪拌針傾斜方向，降低工作效率，如果傾角調(diào)節(jié)不當(dāng)或精度不高，易出現(xiàn)焊接缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種攪拌摩擦工具端面與被焊工件表面呈0°夾角，并以一定的旋轉(zhuǎn)速度及通過(guò)設(shè)備動(dòng)力裝置和控制裝置，與被焊工件表面接觸，并對(duì)被焊工件施加法向壓力，且在被焊工件上停留一定時(shí)間之后進(jìn)行焊接的無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接方法及工具.其能夠顯著降低平面二維焊接過(guò)程中轉(zhuǎn)彎處需要調(diào)整攪拌針傾斜方向所需時(shí)間及傾角調(diào)節(jié)不當(dāng)或精度不高，造成的焊接缺陷，大幅提高焊接質(zhì)量和焊接效率。
[0006]本發(fā)明的一目的是提供一種無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接方法，包括如下步驟，
[0007]步驟一、將被焊材料固定于工作臺(tái)上，被焊材料的焊接處形成焊道；
[0008]步驟二、攪拌頭置于被焊材料的焊接面上方，此時(shí)，攪拌頭的軸線方向與被焊材料的法線方向重合；
[0009]步驟三、攪拌頭旋轉(zhuǎn)并下降到位，攪拌頭上的攪拌針處于焊道中，對(duì)焊道周圍的被焊材料進(jìn)行旋轉(zhuǎn)摩擦加熱，使焊道周圍的被焊材料受熱形成塑性軟化，并沿著焊道方向移動(dòng)，這個(gè)過(guò)程中，攪拌頭軸肩上的鍛壓凸臺(tái)一直與被焊材料的焊接表面保持接觸進(jìn)行鍛壓；
[0010]步驟四、在攪拌頭移動(dòng)到焊道末端時(shí)，攪拌針開(kāi)始離開(kāi)焊道向上回抽，攪拌頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并沿著焊接方向前進(jìn)，鍛壓凸臺(tái)與被焊材料的焊接面保持接觸；在攪拌針回抽過(guò)程中，攪拌針緩慢脫離焊道，直至攪拌針完全拔出，完成焊接過(guò)程。
[0011]進(jìn)一步地，為了焊道末端避免產(chǎn)生匙孔，在步驟四中，攪拌頭移動(dòng)到焊道末端時(shí)，攪拌頭的沿焊道的移動(dòng)速度降低，這樣能夠預(yù)留給攪拌針緩慢回抽的時(shí)間。
[0012]進(jìn)一步地，為了使焊接完成的焊接面快速融為一體，在攪拌針對(duì)焊道周圍的被焊材料進(jìn)行摩擦加熱焊接完成并沿著焊道前進(jìn)后，采用冷卻裝置對(duì)已焊接完成的焊接面進(jìn)行冷卻。通過(guò)冷卻裝置噴灑冷卻介質(zhì)，使焊接完成的焊接面快速冷卻并融合成整體。
[0013]進(jìn)一步地，為了冷卻介質(zhì)干擾攪拌針的摩擦發(fā)熱，所述冷卻裝置的冷卻出口端與攪拌針之間保持8cm-20cm之間的距離。冷卻裝置噴出的冷卻介質(zhì)不會(huì)對(duì)攪拌頭軸肩、攪拌針的摩擦熱量產(chǎn)生影響。
[0014]進(jìn)一步地，在攪拌針對(duì)被焊材料進(jìn)行摩擦加熱過(guò)程中，溫度傳感器對(duì)攪拌針的溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到的溫度低于設(shè)置溫度時(shí)，溫度傳感器將溫度信號(hào)傳遞給控制置于攪拌針內(nèi)加熱裝置的控制器，控制器則控制加熱裝置對(duì)攪拌針進(jìn)行加熱使其達(dá)到設(shè)定的溫度。這樣在攪拌頭軸肩、攪拌針摩擦熱量不足時(shí)，通過(guò)加熱裝置攪拌針進(jìn)行加熱，促使被焊材料熔化更好的焊接。
[0015]本發(fā)明的另一目的是提供一種無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具，包括中空結(jié)構(gòu)的攪拌頭、設(shè)置于攪拌頭中空結(jié)構(gòu)中的可轉(zhuǎn)動(dòng)且可伸縮于攪拌頭中的攪拌針，所述攪拌頭與攪拌針的軸線重合，在攪拌頭的軸肩上設(shè)置有鍛壓凸臺(tái)，該鍛壓凸臺(tái)的高度低于攪拌針伸出攪拌頭后攪拌部分的長(zhǎng)度。
[0016]進(jìn)一步地，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)攪拌針的加熱，促使被焊接材料的更好熔化，在攪拌針內(nèi)部設(shè)有加熱裝置，以及用于檢測(cè)攪拌針溫度的溫度傳感器，溫度傳感器將檢測(cè)到的溫度傳輸給控制加熱裝置工作的一控制器。
[0017]進(jìn)一步地，所述軸肩為向內(nèi)凹陷或者雙凹環(huán)結(jié)構(gòu)或螺旋結(jié)構(gòu)。這樣軸肩即能頂壓在被焊材料的焊接面上，起到攪拌摩擦的作用，另外還可以防止攪拌摩擦過(guò)程中，摩擦飛濺的作用。
[0018]所述攪拌針的攪拌部分為錐形或圓柱或在錐形、圓柱表面設(shè)置的螺旋型。
[0019]上述技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題:即現(xiàn)有焊接過(guò)程中，為了在焊接時(shí)攪拌頭肩部的后沿能夠?qū)缚p施加一定的焊接鍛壓力，對(duì)此需在設(shè)備上設(shè)置傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以滿足焊接時(shí)攪拌頭軸肩后沿部位對(duì)焊縫起到鍛壓作用，這在直縫焊接過(guò)程中，固定夾角比較容易做到，但在平面二維焊接時(shí)，在帶有曲線的焊縫為了保持一致的焊接傾角，設(shè)備傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就需做出調(diào)整，保持與以前相同的焊接傾角，降低工作效率，如果傾角調(diào)節(jié)不當(dāng)或精度不高，易出現(xiàn)焊接缺陷。采用了本技術(shù)方案，攪拌頭的軸線方向與被焊材料的法線方向重合，這樣攪拌頭的軸肩與被焊材料的焊接面夾角為0°，軸肩上的鍛壓凸臺(tái)能夠與被焊材料的焊接面接觸并壓緊，通過(guò)鍛壓凸臺(tái)與攪拌針的共同作用，擠壓和摩擦被焊材料的雙重作用下塑化、充分融合固相連接，實(shí)現(xiàn)焊接的目的；在整個(gè)焊接過(guò)程中，不必在設(shè)備上設(shè)置傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，降低焊接設(shè)備復(fù)雜性，將攪拌頭軸肩與被焊材料平面法線的角度為O。，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)傾角攪拌摩擦焊接，采用無(wú)傾角攪拌摩擦焊技術(shù)焊接平面二維時(shí)，在焊縫轉(zhuǎn)彎處不需要調(diào)節(jié)攪拌頭角度，減少焊接工序，同時(shí)不必在設(shè)備上設(shè)置傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，降低焊接設(shè)備復(fù)雜性，提高焊接效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具的幾種典型攪拌頭示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦攪拌頭與獨(dú)立旋轉(zhuǎn)支撐軸肩組成發(fā)雙面攪拌摩擦焊焊接示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦攪拌頭與獨(dú)立旋轉(zhuǎn)支撐軸肩組成發(fā)曲面雙面攪拌摩擦焊焊接示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具的另一實(shí)施結(jié)構(gòu)圖；
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]參照?qǐng)D1，無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接方法，包括如下步驟，
[0027]步驟一、將被焊材料固定于工作臺(tái)上，兩塊被焊材料I的焊接處形成焊道2，被焊材料的厚度為3?IOOmm ；
[0028]步驟二、攪拌頭3置于被焊材料的焊接面上方，這里攪拌頭可以處于焊接面上方的任意位置，此時(shí)，攪拌頭的軸線方向與被焊材料的法線方向重合；
[0029]步驟三、攪拌頭在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及升降機(jī)構(gòu)的作用下開(kāi)始旋轉(zhuǎn)并下降到位，這里的驅(qū)動(dòng)攪拌頭旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及帶動(dòng)攪拌頭升降的升降機(jī)構(gòu)為驅(qū)動(dòng)攪拌頭運(yùn)轉(zhuǎn)的常規(guī)機(jī)構(gòu)，在現(xiàn)有技術(shù)中已普遍應(yīng)用，在此不多贅述；攪拌頭以一定方向高速旋轉(zhuǎn)，這里一定方向旋轉(zhuǎn)就是正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，而高速旋轉(zhuǎn)便是為了達(dá)到使被焊材料因摩擦而熔化的旋轉(zhuǎn)速度，這里的速度是多少，可以根據(jù)不同焊材材料設(shè)定來(lái)設(shè)定，攪拌頭3下降使攪拌針4處于焊道中，對(duì)焊道周圍的被焊材料進(jìn)行旋轉(zhuǎn)摩擦加熱，使焊道周圍的被焊材料受熱形成塑性軟化，并沿著焊道方向移動(dòng)，這個(gè)過(guò)程中，攪拌頭軸肩5上的鍛壓凸臺(tái)6—直與被焊材料的焊接表面保持接觸進(jìn)行鍛壓同時(shí)也摩擦加熱，使被焊材料熔化；
[0030]步驟四、在攪拌頭移動(dòng)到焊道末端時(shí)，攪拌針開(kāi)始離開(kāi)焊道向上回抽，攪拌頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并沿著焊接方向前進(jìn)，鍛壓凸臺(tái)與被焊材料的焊接面保持接觸；在攪拌針回抽過(guò)程中，攪拌針緩慢脫離焊道，這里的緩慢是讓匙孔內(nèi)始終保持一定的壓力，直至攪拌針完全拔出，最終消除焊接匙孔，完成無(wú)匙孔攪拌摩擦焊接過(guò)程，當(dāng)然這里的攪拌頭鍛壓凸臺(tái)也可以隨著攪拌針一并向上回抽，這就是將攪拌針與攪拌頭設(shè)置成分體或整體；攪拌頭移動(dòng)到焊道末端時(shí)，攪拌頭的沿焊道的移動(dòng)速度降低。
[0031]其中，在攪拌針對(duì)焊道周圍的被焊材料進(jìn)行摩擦加熱焊接完成并沿著焊道前進(jìn)后，采用冷卻裝置對(duì)已焊接完成的焊接面進(jìn)行冷卻。冷卻裝置可以采用冷卻泵，冷卻裝置的冷卻出口端與攪拌針之間保持8cm-20cm之間的距離。在攪拌針對(duì)被焊材料進(jìn)行摩擦加熱過(guò)程中，溫度傳感器7對(duì)攪拌針的溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到的溫度低于設(shè)置溫度時(shí)，溫度傳感器將溫度信號(hào)傳遞給控制置于攪拌針內(nèi)加熱裝置8的控制器，控制器則控制加熱裝置對(duì)攪拌針進(jìn)行加熱使其達(dá)到設(shè)定的溫度，若溫度傳感器檢測(cè)到的溫度已達(dá)到設(shè)定溫度，控制器便不會(huì)再啟動(dòng)加熱裝置進(jìn)行加熱；這里的加熱裝置可以采用電加熱，如電加熱絲。
[0032]參見(jiàn)圖1，無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具，包括中空結(jié)構(gòu)的攪拌頭3、設(shè)置于攪拌頭中空結(jié)構(gòu)中的可轉(zhuǎn)動(dòng)且可伸縮于攪拌頭中的攪拌針4，所述攪拌頭與攪拌針的軸線重合，在攪拌頭的軸肩5上固定設(shè)置有鍛壓凸臺(tái)6，鍛壓凸臺(tái)可以與攪拌頭焊接、鉚接等固定方式連接或也可以一體成型而成，鍛壓凸臺(tái)的高度低于攪拌針伸出攪拌頭后攪拌部分的長(zhǎng)度。
[0033]攪拌針內(nèi)部設(shè)有加熱裝置8，以及用于檢測(cè)攪拌針溫度的溫度傳感器7，溫度傳感器將檢測(cè)到的溫度傳輸給控制加熱裝置工作的一控制器，該控制器可裝配于攪拌頭外與整個(gè)焊接裝置的控制器結(jié)合在一起，這里加熱裝置、溫度傳感器、控制器的工作原理與上面方法的技術(shù)方案一樣；軸肩為向內(nèi)凹陷或者雙凹環(huán)結(jié)構(gòu)或螺旋結(jié)構(gòu)。攪拌針的攪拌部分為錐形或圓柱或在錐形、圓柱表面設(shè)置的螺旋型。
[0034]圖2示出了本發(fā)明無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具的幾種典型攪拌頭示意圖；圖中示出了鍛壓凸臺(tái)的不同結(jié)構(gòu)，如A中的截面為彎折與圓形的結(jié)合，B中的截面為心型結(jié)構(gòu)，C中的截面為弧形結(jié)構(gòu)，D中的截面為橢圓形結(jié)構(gòu)，E中的截面為圓形結(jié)構(gòu)，以及F、G、H顯示的鍛壓凸臺(tái)設(shè)置的數(shù)量與位置，這些結(jié)構(gòu)均能很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)被焊接材料焊接面的鍛壓
與摩擦。
[0035]圖3、4中，無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊攪拌頭3與回轉(zhuǎn)支撐軸肩9構(gòu)成雙面焊接裝置，被焊材料I可為同種鋁合金或異種鋁合金，結(jié)構(gòu)形式為對(duì)接直縫、對(duì)搭接直縫、對(duì)接環(huán)縫或?qū)Υ罱迎h(huán)縫，無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向與回轉(zhuǎn)支撐軸肩旋轉(zhuǎn)方向相同或相反，無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊攪拌頭的軸線方向、被焊材料法線方向以及回轉(zhuǎn)支撐軸肩的軸線方向重合，這樣的焊接方式能夠進(jìn)一步提升被焊材料之間焊接的牢固性。
[0036]圖5示出了無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具的另一實(shí)施結(jié)構(gòu)，焊接工具包括內(nèi)部空腔的攪拌頭10，攪拌頭空腔中設(shè)置有與攪拌頭同軸線的攪拌針11，攪拌針的下端攪拌摩擦部分110為錐形，攪拌頭與攪拌針均可轉(zhuǎn)動(dòng)，在攪拌針外壁與攪拌頭內(nèi)壁之間具有裝配空間12，裝配空間內(nèi)設(shè)置有套在攪拌針上的套管13，套管可以隨或不隨攪拌針一并轉(zhuǎn)動(dòng)，在套管上套設(shè)有可在套管上往復(fù)運(yùn)動(dòng)的推環(huán)14，以及固定設(shè)置于套管上的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)15，在該轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)的上端面內(nèi)側(cè)上開(kāi)設(shè)有安裝環(huán)槽16，安裝環(huán)槽內(nèi)設(shè)置有軸向推動(dòng)其一端，另一端可徑向運(yùn)動(dòng)的彎曲連桿17，彎曲連桿的中部銷接于安裝環(huán)槽中，這樣彎曲連桿可以圍繞銷軸18轉(zhuǎn)動(dòng)，彎曲連桿徑向運(yùn)動(dòng)的一端固定設(shè)置有推塊19，該推塊與套管外壁之間設(shè)有彈性件20，彈性件可為彈簧或彈片，在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)的下端面內(nèi)側(cè)開(kāi)設(shè)有與上述安裝環(huán)槽相連通的讓位長(zhǎng)孔21，在推塊19上固定設(shè)置有穿過(guò)讓位長(zhǎng)孔21處于轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)下端面外的連接柱22，在連接柱下端部固定設(shè)置有斜面運(yùn)動(dòng)環(huán)23，斜面運(yùn)動(dòng)環(huán)上的斜面與攪拌針的下端斜面相匹配，彎曲連桿的軸向運(yùn)動(dòng)端設(shè)置有斜面24，在推環(huán)上設(shè)有與斜面24配合的推動(dòng)斜面25，為了防止推環(huán)14下降過(guò)位，在套管上固定設(shè)置有限位環(huán)26 ;攪拌針內(nèi)部為空腔，其中設(shè)置有溫度傳感器及加熱裝置。其工作原理為:推環(huán)14在推動(dòng)桿27的作用下，向下運(yùn)動(dòng)，其上的推動(dòng)斜面25與彎曲連桿斜面24配合，這樣彎曲連桿的上端向外擴(kuò)張，而彎曲連桿的另外一端帶動(dòng)推塊19壓縮彈性件徑向運(yùn)動(dòng)，這樣斜面運(yùn)動(dòng)環(huán)23便能夠向攪拌針?lè)较蝽敵?，在攪拌針回抽過(guò)程中，斜面運(yùn)動(dòng)環(huán)的斜面與攪拌針下端的錐形面幾乎接觸，而攪拌針是旋轉(zhuǎn)的，這樣攪拌針上粘有的被焊材料殘?jiān)?，便能夠被斜面運(yùn)動(dòng)環(huán)刮下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清理攪拌針的功能，而在攪拌針下降前，推動(dòng)桿27撤銷對(duì)推環(huán)14的推力，這樣在彈性件的作用下，斜面運(yùn)動(dòng)環(huán)能夠恢復(fù)原位，即斜面運(yùn)動(dòng)環(huán)的下端面與攪拌頭軸肩28保持水平，這樣不會(huì)妨礙攪拌摩擦焊接。
【權(quán)利要求】
1.無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，包括如下步驟， 步驟一、將被焊材料固定于工作臺(tái)上，被焊材料的焊接處形成焊道； 步驟二、攪拌頭置于被焊材料的焊接面上方，此時(shí)，攪拌頭的軸線方向與被焊材料的法線方向重合； 步驟三、攪拌頭旋轉(zhuǎn)并下降到位，攪拌頭上的攪拌針處于焊道中，對(duì)焊道周圍的被焊材料進(jìn)行旋轉(zhuǎn)摩擦加熱，使焊道周圍的被焊材料受熱形成塑性軟化，并沿著焊道方向移動(dòng)，這個(gè)過(guò)程中，攪拌頭軸肩上的鍛壓凸臺(tái)一直與被焊材料的焊接表面保持接觸進(jìn)行鍛壓； 步驟四、在攪拌頭移動(dòng)到焊道末端時(shí)，攪拌針開(kāi)始離開(kāi)焊道向上回抽，攪拌頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并沿著焊接方向前進(jìn)，鍛壓凸臺(tái)與被焊材料的焊接面保持接觸；在攪拌針回抽過(guò)程中，攪拌針緩慢脫離焊道，直至攪拌針完全拔出，完成焊接過(guò)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，在步驟四中，攪拌頭移動(dòng)到焊道末端時(shí)，攪拌頭的沿焊道的移動(dòng)速度降低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，在攪拌針對(duì)焊道周圍的被焊材料進(jìn)行摩擦加熱焊接完成并沿著焊道前進(jìn)后，采用冷卻裝置對(duì)已焊接完成的焊接面進(jìn)行冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，所述冷卻裝置的冷卻出口端與攪拌針之間保持8cm-20cm之間的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，在攪拌針對(duì)被焊材料進(jìn)行摩擦加熱過(guò)程中，溫度傳感器對(duì)攪拌針的溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到的溫度低于設(shè)置溫度時(shí)，溫度傳感器將溫度信號(hào)傳遞給控制置于攪拌針內(nèi)加熱裝置的控制器，控制器則控制加熱裝置對(duì)攪拌針進(jìn)行加熱使其達(dá)到設(shè)定的溫度。
6.無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具，其特征在于，包括中空結(jié)構(gòu)的攪拌頭、設(shè)置于攪拌頭中空結(jié)構(gòu)中的可轉(zhuǎn)動(dòng)且可伸縮于攪拌頭中的攪拌針，所述攪拌頭與攪拌針的軸線重合，在攪拌頭的軸肩上設(shè)置有鍛壓凸臺(tái)，該鍛壓凸臺(tái)的高度低于攪拌針伸出攪拌頭后攪拌部分的長(zhǎng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具，其特征在于，攪拌針內(nèi)部設(shè)有加熱裝置，以及用于檢測(cè)攪拌針溫度的溫度傳感器，溫度傳感器將檢測(cè)到的溫度傳輸給控制加熱裝置工作的一控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具，其特征在于，所述軸肩為向內(nèi)凹陷或者雙凹環(huán)結(jié)構(gòu)或螺旋結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具，其特征在于，所述攪拌針的攪拌部分為錐形或圓柱或在錐形、圓柱表面設(shè)置的螺旋型。
【文檔編號(hào)】B23K20/12GK104014926SQ201410234880
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】董繼紅, 孟強(qiáng), 欒國(guó)紅 申請(qǐng)人:北京賽福斯特技術(shù)有限公司