的直徑Φ I為上搭接板2的厚度d2和下搭接板3的厚度d3的和的2-3.5倍，下軸肩13的直徑Φ 3等于或小于上軸肩11的直徑Φ 1，攪拌針12的長度dl比上搭接板2的厚度d2和下搭接板3的厚度d3的和小0-0.6mm，攪拌針12的直徑Φ2為上搭接板2的厚度d2和下搭接板3的厚度d3的和的1-1.5倍。
[0024]采用上述自持式焊具進(jìn)行攪拌摩擦搭接焊接的工藝方法，是通過以下步驟實現(xiàn)的:
[0025]步驟一:被焊結(jié)構(gòu)組建及定位。將上搭接板2和下搭接板3從上至下疊放組成搭接結(jié)構(gòu)，并用夾具對其進(jìn)行緊固定位，保證上搭接板2和下搭接板3的待焊接表面緊密接觸，且在焊接中不會發(fā)生相對滑動。
[0026]步驟二:焊接實施。將自持式焊具I安裝到焊機主軸上，啟動焊機，移動自持式焊具I至焊接起始位置，并使其上軸肩11低于上搭接板2上表面的距離δ為0-0.3mm,隨后主軸以150r/min-3000r/min的旋轉(zhuǎn)速度開始旋轉(zhuǎn)，自持式焊具I以10mm/min-1000mm/min的焊接速度沿著既定焊接路徑行進(jìn)，對由上搭接板2和下搭接板3所組成的搭接結(jié)構(gòu)實施攪拌摩擦搭接焊接。
[0027]上搭接板2的厚度d2和下搭接板3的厚度d3為l_15mm，d2和d3可以相等，也可以不等。
[0028]上搭接板2和下搭接板3的材質(zhì)為鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、銅、銅合金。上搭接板2和下搭接板3可以為同種材料，也可以為異種材料。
[0029]實施例1
[0030]將上搭接板2和下搭接板3均選定為尺寸規(guī)格是300mmX 75mmX 3mm的6061鋁合金板材，采用自持式焊具對由上搭接板2和下搭接板3所組成的搭接結(jié)構(gòu)進(jìn)行攪拌摩擦搭接焊接。焊接前，確定所用自持式焊具尺寸:上軸肩11的直徑Φ1和下軸肩13的直徑Φ3均為16mm，攪拌針12的長度dl為5.8mm，攪拌針12的直徑Φ2為8mm。
[0031]采用已確定尺寸的自持式焊具實施攪拌摩擦搭接焊接:首先將上搭接板2和下搭接板3從上至下疊放組成搭接結(jié)構(gòu)，并用夾具對其進(jìn)行緊固定位，保證上搭接板和下搭接板的待焊接表面緊密接觸，且在焊接中不會發(fā)生相對滑動；然后將自持式焊具I安裝到焊機主軸上，啟動焊機，移動自持式焊具I至焊接起始位置，并使其上軸肩11低于上搭接板2上表面的距離δ為0.1mm,隨后主軸以600r/min的旋轉(zhuǎn)速度開始旋轉(zhuǎn)，自持式焊具I以100mm/min的焊接速度沿直線行進(jìn)，對由上搭接板2和下搭接板3所組成的搭接結(jié)構(gòu)實施攪拌摩擦搭接焊接。
[0032]對焊接結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，所得搭接接頭的搭接界面沿板材厚度方向的遷移量為0.38mm，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2651-2008設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，力學(xué)性能測試表明，接頭拉斷力達(dá)到了 414N/mm。在相同的主軸轉(zhuǎn)速、焊接速度和軸肩壓入量下，采用常規(guī)攪拌摩擦搭接焊接方法進(jìn)行比較例試驗，結(jié)果表明，所獲得的搭接接頭的搭接界面遷移量為0.88mm，接頭拉斷力為305N/mm。由此可見，采用本發(fā)明的自持式焊具及工藝方法進(jìn)行攪拌摩擦搭接焊接，不僅解決了背部無法放置支撐墊板的搭接結(jié)構(gòu)的攪拌摩擦搭接焊接問題，還能夠抑制焊接中搭接界面的遷移量，并由此提高了搭接接頭的力學(xué)性能。
【主權(quán)項】
1.一種攪拌摩擦搭接焊接的自持式焊具，其特征在于:該自持式焊具(I)包括上軸肩(11)、下軸肩(13)和攪拌針(12);其中:所述上軸肩(11)的直徑φ I為上搭接板(2)的厚度d2和下搭接板(3)的厚度d3的和的2-3.5倍，所述下軸肩(13)的直徑Φ3等于或小于上軸肩(11)的直徑Φ1，所述攪拌針(12)的長度dl比上搭接板(2)的厚度d2和下搭接板(3)的厚度d3的和小0-0.6mm，所述攪拌針(12)的直徑Φ2為上搭接板(2)的厚度d2和下搭接板(3)的厚度d3的和的1-1.5倍。2.一種利用權(quán)利要求1所述自持式焊具進(jìn)行攪拌摩擦搭接焊接的工藝方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: (1)被焊搭接結(jié)構(gòu)組建及定位:將上搭接板(2)和下搭接板(3)組成被焊搭接結(jié)構(gòu)后，用夾具對其進(jìn)行緊固定位，保證上搭接板(2)和下搭接板(3)的待焊接表面緊密接觸，且在焊接中不會發(fā)生相對滑動； (2)焊接實施:將自持式焊具I安裝到焊機主軸上，啟動焊機，移動自持式焊具(I)至焊接起始位置，并使其上軸肩(11)低于上搭接板(2)上表面的距離δ為0-0.3mm，隨后主軸以150r/min-3000r/min的旋轉(zhuǎn)速度開始旋轉(zhuǎn)，自持式焊具(I)以10mm/min-1000mm/min的焊接速度沿著既定焊接路徑行進(jìn)，對由上搭接板(2)和下搭接板(3)所組成的搭接結(jié)構(gòu)實施攪拌摩擦搭接焊接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述攪拌摩擦搭接焊接的工藝方法，其特征在于:步驟(I)中，所述被焊搭接結(jié)構(gòu)是由上搭接板(2)和下搭接板(3)從上至下依次疊放組成。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述攪拌摩擦搭接焊接的工藝方法，其特征在于:所述上搭接板(2)的厚度d2和下搭接板(3)的厚度d3為5.根據(jù)權(quán)利要求4所述攪拌摩擦搭接焊接的工藝方法，其特征在于:上搭接板(2)的厚度d2和下搭接板(3)的厚度d3可以相等，也可以不等。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述攪拌摩擦搭接焊接的工藝方法，其特征在于:所述上搭接板(2)和下搭接板(3)的材質(zhì)為鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、銅或銅合金。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述攪拌摩擦搭接焊接的工藝方法，其特征在于:所述上搭接板(2)和下搭接板(3 )可以為同種材料，也可以為異種材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種攪拌摩擦搭接焊接的自持式焊具和工藝方法，屬于攪拌摩擦焊技術(shù)領(lǐng)域。所述自持式焊具的尺寸根據(jù)上搭接板和下搭接板的厚度來確定；攪拌摩擦搭接焊接時，首先將上搭接板和下搭接板從上至下疊放組成搭接結(jié)構(gòu)，并用夾具對其進(jìn)行緊固定位；然后移動自持式焊具至焊接起始位置，并使其上軸肩低于上搭接板上表面0-0.3mm，隨后焊機主軸旋轉(zhuǎn)并沿既定焊接路徑對搭接結(jié)構(gòu)實施攪拌摩擦搭接焊接。本發(fā)明解決了背部無法放置支撐墊板的搭接結(jié)構(gòu)的攪拌摩擦搭接焊接問題。
【IPC分類】B23K20/12
【公開號】CN104972216
【申請?zhí)枴緾N201410139175
【發(fā)明人】張會杰, 王敏, 張景寶, 張驍
【申請人】中國科學(xué)院沈陽自動化研究所
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2014年4月8日