本發(fā)明金屬焊接技術(shù)，尤其涉及金屬電弧-摩擦復(fù)合螺柱焊技術(shù)。

背景技術(shù)：

在船體船艙中、兵器裝甲車車體內(nèi)部、各種壓力容器內(nèi)外壁、橋梁以及其他領(lǐng)域均廣泛應(yīng)用鋼、鋁、銅螺柱的焊接，螺柱焊接涉及的領(lǐng)域日益廣泛。所謂螺柱焊是用螺柱(或類似的構(gòu)件)端頭和焊件的表面之間引燃的電弧加熱并熔化結(jié)合部位,然后快速地?cái)D壓在一起而形成焊接接頭的一種電弧焊接方法。電弧螺柱焊常用于把螺柱端頭焊接到平面或曲面上,可代替鉚接、鉆孔、焊條電弧焊、釬焊等,具有快速方便、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量可靠的優(yōu)點(diǎn)。

螺柱的焊接采用電弧螺柱焊是目前應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，可以使用不同的方法實(shí)現(xiàn)。螺柱焊接由于快速加熱和急速冷卻造成焊接接頭極易產(chǎn)生裂紋、未熔合等缺陷,對(duì)于某些如兵器等特種材料碳當(dāng)量較高，在螺柱焊接條件下，極易出現(xiàn)脆性組織，產(chǎn)生焊接冷裂紋缺陷，導(dǎo)致焊接質(zhì)量不能保證,需要研究開發(fā)新型工藝方法,突破關(guān)鍵技術(shù)，解決中厚鋼板螺柱焊接的技術(shù)難題。電弧的引入，有效解決由熱傳導(dǎo)不均勻性引起焊接質(zhì)量不佳，獲得無夾雜、無氧化的焊接接頭，大大提高了接頭質(zhì)量。由于采用摩擦焊可以將金屬氧化物擠出；壓力冷卻結(jié)晶；切向力使位錯(cuò)能增加從而材料性具有更優(yōu)良的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種金屬電弧-摩擦復(fù)合螺柱摩擦焊方法。

本發(fā)明是一種金屬電弧-摩擦復(fù)合螺柱摩擦焊方法，其步驟為：采用預(yù)熱電源對(duì)待焊位置進(jìn)預(yù)熱，預(yù)熱2min焊件達(dá)到400℃之后，預(yù)熱電源停止工作，電弧螺柱焊機(jī)開始工作，螺柱端頭在待焊位置引弧、燃弧，隨后電弧螺柱焊機(jī)停止工作，摩擦焊機(jī)工作給予螺柱旋壓力，摩擦頭給予切向力使其進(jìn)行對(duì)焊，冷卻凝固，隨后對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊后熱處理。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：1、電弧的引入可以加熱焊件；去除焊件端面上的臟物和不平，降低端面焊前準(zhǔn)備、形成液體金屬層，為摩擦及頂鍛時(shí)排除氧化物和過熱金屬提供了有利條件；而且燒掉焊件端面上的臟物和不平；保護(hù)作用以及形成液體金屬層，有效解決由熱傳導(dǎo)不均勻性引起的接頭未熔合、夾渣等焊接缺陷，焊接質(zhì)量明顯提高；2、接頭強(qiáng)度和接頭融合率很高；3、由于采用摩擦焊可以將金屬氧化物擠出；壓力冷卻結(jié)晶；切向力使位錯(cuò)能增加材料性能較好；4、不需要采用特殊的保護(hù)方式，電弧的引入起到自保護(hù)的作用，可以獲得無夾雜、無氧化的焊接接頭。5、引入電弧后溫度梯度顯著改變，引起金屬間氧化物顯著減少，大大提高了接頭質(zhì)量；并且由于電弧引入大大降低了摩擦焊機(jī)的功率。本發(fā)明可用于異種材料金屬螺柱焊接。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖；圖2、圖3、圖4、圖5是本發(fā)明的電弧與摩擦復(fù)合螺柱焊接方法步驟示意圖；圖6是本發(fā)明的電弧與摩擦復(fù)合螺柱焊接過程中電弧電流、摩擦攪拌頭轉(zhuǎn)速以及接頭距離隨時(shí)間變化的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是一種金屬電弧-摩擦復(fù)合螺柱摩擦焊方法，其步驟為：采用預(yù)熱電源對(duì)待焊位置進(jìn)預(yù)熱，預(yù)熱2min焊件達(dá)到400℃之后，預(yù)熱電源停止工作，電弧螺柱焊機(jī)開始工作，螺柱端頭在待焊位置引弧、燃弧，隨后電弧螺柱焊機(jī)停止工作，摩擦焊機(jī)工作給予螺柱旋壓力，摩擦頭給予切向力使其進(jìn)行對(duì)焊，冷卻凝固，隨后對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊后熱處理。

在初始狀態(tài)，焊槍上設(shè)置的螺柱處于提升狀態(tài)，此時(shí)將電弧下降至焊接位置，此時(shí)螺柱槍仍處于提升狀態(tài)，通過電弧加熱焊件的端面并使端面金屬熔化電弧加熱400℃后，螺柱焊槍下降焊接位置進(jìn)行引弧焊接，電弧產(chǎn)生于螺柱和鋼板工件之間使界面部位發(fā)生局部熔化，處于焊接狀態(tài)保持中，隨后螺柱焊槍將螺柱向下推進(jìn)，螺柱焊接過程結(jié)束，螺柱工件基體進(jìn)行局部擠壓，電弧電壓下降，電弧熄滅，螺柱與基板之間的開展摩擦旋轉(zhuǎn)和加壓等作用力，進(jìn)一步加大軸向方向的熱塑形變形，完成摩擦階段的螺柱焊。最后對(duì)焊接接頭進(jìn)行熱處理，避免局部溫度下降過快引起接頭質(zhì)量下降，保證獲得優(yōu)良的焊接接頭，整個(gè)焊接過程結(jié)束。在該技術(shù)方案中，電弧熱源是主要的加熱熱源，預(yù)熱和熱處理都有改善溫度場(chǎng)、降低應(yīng)力避免產(chǎn)生缺陷的功能，兩液相在較高的溫度梯度和過熱狀態(tài)下摩擦焊旋轉(zhuǎn)加壓保證了擠出金屬氧化物、冷卻結(jié)晶得到成形美觀性能優(yōu)異的接頭。

本發(fā)明是金屬電弧-摩擦復(fù)合螺柱摩擦焊方法，其具體步驟為：

（1）螺柱焊槍下降到待焊工件的焊接區(qū)域，引燃電??；

（2）螺柱焊接過程中，焊件預(yù)熱到400℃后，停止電弧工作，引入摩擦焊工藝進(jìn)行焊接；

（3）通過電弧加熱焊件的端面并使端面金屬熔化，直至焊件端部達(dá)620℃時(shí)，螺柱與基板之間施加摩擦旋轉(zhuǎn)和加壓等作用力，晶粒向同一方向偏轉(zhuǎn)，進(jìn)一步加大軸向方向的熱塑形變形，完成摩擦階段的螺柱焊；

（4）螺柱焊槍上升到距離焊件超出10cm位置，然后對(duì)焊接螺柱接頭區(qū)域進(jìn)行后熱處理，整個(gè)焊接過程結(jié)束。

以上所述的金屬電弧-摩擦復(fù)合螺柱摩擦焊方法，利用電弧對(duì)焊件進(jìn)行自保護(hù)。

以上所述的金屬電弧-摩擦復(fù)合螺柱摩擦焊方法，其特征在于由電弧和摩擦焊機(jī)提供能量。

下面以實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明電弧與摩擦復(fù)合螺柱焊接方法及其裝置。

實(shí)施例：如圖1和圖2、圖3、圖4、圖5所示，以直徑28mm的鋁螺柱及20mm的鋼板進(jìn)行電弧與摩擦復(fù)合螺柱焊為例，將直徑為26mm，長(zhǎng)度為68mm的鋁螺柱預(yù)先裝夾在螺柱焊槍上，用預(yù)熱電源對(duì)螺柱進(jìn)行預(yù)熱，然后電弧對(duì)待焊區(qū)域進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間由系統(tǒng)控制10s，加熱功率600w，工件表面加熱溫度為350℃-400℃，加熱完畢后電壓下降，電弧熄滅，隨后螺柱與基板之間的開展摩擦旋轉(zhuǎn)和加壓等作用力，進(jìn)一步加大軸向方向變形，完成摩擦階段的螺柱焊，焊接電流為2100a，焊接時(shí)間1200ms。焊接完成后，螺柱焊槍上升，對(duì)焊接接頭進(jìn)行退火處理，采用功率600w，加熱30s。退火完畢后，整個(gè)焊接過程結(jié)束。

本發(fā)明用于中厚板高拘束度和高碳當(dāng)量接頭因快速加熱和高速冷卻產(chǎn)生的脆性組織及可能的冷裂紋缺陷，得到了高質(zhì)量的金屬材料連接并且減少了焊接過程中產(chǎn)生的金屬間化合物和氧化膜的缺陷。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種金屬電弧?摩擦復(fù)合螺柱摩擦焊方法，其步驟為：采用預(yù)熱電源對(duì)待焊位置進(jìn)預(yù)熱，預(yù)熱2min焊件達(dá)到400℃之后，預(yù)熱電源停止工作，電弧螺柱焊機(jī)開始工作，螺柱端頭在待焊位置引弧、燃弧，隨后電弧螺柱焊機(jī)停止工作，摩擦焊機(jī)工作給予螺柱旋壓力，摩擦頭給予切向力使其進(jìn)行對(duì)焊，冷卻凝固，隨后對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊后熱處理。

技術(shù)研發(fā)人員：張昌青;王維杰;金鑫;劉雄波;呂廣明;楊黎東;靳少龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘭州理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.15
技術(shù)公布日：2017.08.18