一种无带弧纹特征表面凹陷的搅拌摩擦焊工艺方法
【专利摘要】一种无带弧纹特征表面凹陷的搅拌摩擦焊工艺方法，采用以下步骤：步骤一、将带小凸台的焊件A与焊件B对接放置且位于同一水平面上，并用夹具装夹在工作台上；步骤二、焊接用装置由静止轴肩以及处于静止轴肩内的搅拌头两部分组成，搅拌头由小轴肩及搅拌针组成，搅拌头的小轴肩露于静止轴肩之外且两者间的距离小于小凸台的高度；搅拌头扎入待焊部位，当静止轴肩与焊件A及焊件B上表面的非凸台区域接触时停止扎入且继续旋转；步骤三、搅拌头沿着焊件A与焊件B的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。本发明可有效的消除常规搅拌摩擦焊无法避免的带弧纹特征的表面凹陷，进而获得表面光滑焊接接头。
【专利说明】一种无带弧纹特征表面凹陷的搅拌摩擦焊工艺方法
[0001]【技术领域】:本发明涉及一种焊接方法，尤其是一种无带弧纹特征表面凹陷的搅拌摩擦焊工艺方法，可实现铝合金、镁合金、钛合金等同种或异种材料的连接。
[0002]【背景技术】:作为一种新型的固相焊技术，搅拌摩擦焊(Friction stirwelding, FSff)具有低应力、小变形、高强度、绿色无污染等优点，可连接招合金、镁合金、铜合金等同种或异种材料，成为从发明到工程应用跨度最短的焊接技术，目前在航空、航天、汽车、船舶等领域有着越来越广泛的应用。在搅拌摩擦焊过程中，焊接热输入主要靠搅拌头与待焊材料之间的摩擦以及剪切产生，这就需要在焊接过程中搅拌头对待焊件施加足够大的垂直作用力，导致焊件表面出现难以避免的旋转加工痕迹一“带弧纹的表面凹陷”。带弧纹的表面凹陷的存在不仅影响接头的美观性，还会影响到接头的力学性能。近年来，国内外的研究者提出了多种工艺方法消除表面凹陷或弧纹，比如静轴肩搅拌摩擦焊技术、水平补偿搅拌摩擦焊技术等。但上述方法均存在一些不足，比如静轴肩搅拌摩擦焊技尽管可消除弧纹，但表面凹陷无法避免；水平补偿搅拌摩擦焊技术尽管可消除表面凹陷与弧纹，但焊后的铣切加工或打磨带来了附加的工作量。
[0003]
【发明内容】
:针对上述现有技术的缺点，本发明提供了一种利用水平材料补偿以及静止轴肩的结合获得表面光滑且无凹陷的搅拌摩擦焊工艺方法。
[0004]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种无带弧纹特征表面凹陷的搅拌摩擦焊工艺方法，采用以下步骤:
[0005]步骤一、将焊件A、焊件B对接放置且位于同一水平面上(即将焊件A、焊件B组对)，并用夹具装夹在工作台上；所述焊件A和焊件B是板厚相同且带小凸台的试件，小凸台位于待焊区且沿焊缝方向分布；小凸台的高度为0.3?1mm、宽度大于小轴肩半径且小于静止轴肩外部半径、长度与焊缝长度相同。
[0006]步骤二、焊接用装置由静止轴肩以及处于静止轴肩内的搅拌头两部分组成，而搅拌头由小轴肩及搅拌针组成；组成搅拌头的搅拌针根部直径为焊件A板厚0.5?1.5倍、端部直径为焊件A板厚的O?1.5倍，且搅拌针的根部直径大于端部直径；组成搅拌头的小轴肩直径大于搅拌针根部直径的I?3倍，且两者之差不小于2_ ;静止轴肩的外部直径与搅拌头的小轴肩直径的差不小于2_，且静止轴肩与小轴肩之间的间隙为0.1?0.2_ ;搅拌头的小轴肩露于静止轴肩之外，且两者间的距离小于小凸台的高度；搅拌头以500?5000rpm的转速扎入待焊部位(即焊件A与焊件B的对接面)，当静止轴肩与焊件A及焊件B上表面的非凸台区域接触时扎入过程停止且继续旋转I?8分钟。
[0007]步骤三、搅拌头以50?1500mm/min的速度沿着焊件A与焊件B的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。
[0008]本发明的有益效果是:
[0009]一、焊接用装置中静止轴肩的使用可有效的消除常规搅拌摩擦焊无法避免的表面弧纹，进而获得表面光滑的焊接接头。
[0010]二、在焊接过程中，组成搅拌头的小轴肩通过与小凸台的挤压产生足够的垂向作用力，产生足够的热量；而静止轴肩与待焊件的上表面非凸台区域恰好接触，进而获得无减薄且光滑的搅拌摩擦焊接头，有利于提高接头的力学性能。
[0011 ] 三、与静轴肩搅拌摩擦焊技术相比，本发明的焊件表面无凹陷；与水平补偿搅拌摩擦焊相比，本发明在焊后无需再对焊件表面进行铣切或打磨，大大减少了焊后的工作量。
【专利附图】
【附图说明】:
[0012]图1是带小凸台的待焊件结构沿垂直焊缝方向的截面图。
[0013]图2是焊接用装置结构示意图。
【具体实施方式】:
[0014]图中:1.焊件A，2.焊件B，3.焊接用装置，4.小凸台，5.静止轴肩，6.搅拌头，7.搅拌针，8.小轴肩。
[0015]【具体实施方式】:
[0016]实施例一
[0017]本实施方式所述的一种无带弧纹特征表面凹陷的搅拌摩擦焊接工艺是按照以下步骤实现的:
[0018]步骤一、如图1和图2所示:将焊件Al、焊件B2对接放置且位于同一水平面上(SP将焊件Al、焊件B2组对)，并用夹具装夹在工作台上；所述焊件Al和焊件B2是板厚相同且带小凸台4的试件,小凸台4位于待焊区且沿焊缝方向分布；小凸台4的高度Ii1为0.3?1_、宽度W1大于小轴肩8半径且小于静止轴肩5的外部半径、长度与焊缝长度相同。
[0019]步骤二、焊接用装置3由静止轴肩5以及搅拌头6两部分组成，而搅拌头6由搅拌针7以及小轴肩8组成；组成搅拌头6的搅拌针7根部直径d2为焊件Al板厚t的0.5?1.5倍、端部直径Cl1为焊件Al板厚t的O?1.5倍，且搅拌针7的根部直径d2大于端部直径Cl1 ;组成搅拌头6的小轴肩8直径d3大于搅拌针7根部直径Cl1的I?3倍，且两者之差不小于2_ ;静止轴肩5的外部直径d5与搅拌头6的小轴肩8直径d3的差不小于2_，且静止轴肩5与小轴肩8之间的间隙为0.1?0.2mm ;搅拌头6的小轴肩8露于静止轴肩5之夕卜，且两者间的距离小于小凸台4的高度Ill ;搅拌头6以500?5000rpm的转速扎入待焊部位(即焊件Al与焊件B2的对接面)，当静止轴肩5与焊件Al及焊件B2上表面的非凸台区域接触时扎入过程停止且继续旋转I?8分钟。
[0020]步骤三、搅拌头6以50?1500mm/min的速度沿着焊件Al与焊件B2的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。
[0021]实施例二
[0022]本实施方式在步骤二中，所述的搅拌头6的旋转速度为3000rpm。其它步骤与实施例一相同。
[0023]实施例三
[0024]本实施方式在步骤三中，所述的搅拌头3以500mm/min的速度沿着水平方向移动。可其它步骤与实施例一相同。
[0025]实施例四
[0026]本实施方式在步骤二中，所述的当静止轴肩5与焊件Al及焊件B2上表面的非凸台区域接触时扎入过程停止且继续旋转8分钟，以保证焊接起始点位置的温度。其它步骤与实施例二相同。
[0027]实施例五
[0028]本实施方式在步骤一中，2024铝合金焊件Al与焊件B2厚为4.2mm,小凸台4的高度为0.3mm,宽度为6mm ;在步骤二中搅拌针7的根部直径为5mm、端部直径为1mm、小轴肩8的直径为8mm、静止轴肩的外部直径为12mm且内部直径为8.2mm。其它步骤与实施例四相同。
【权利要求】
1.一种无带弧纹特征表面凹陷的搅拌摩擦焊工艺方法，采用以下步骤: 步骤一、将焊件A、焊件B对接放置且位于同一水平面上，并用夹具装夹在工作台上；所述焊件A和焊件B是板厚相同且带小凸台的试件，小凸台位于待焊区且沿焊缝方向分布；小凸台的高度为0.1?1_、宽度大于搅拌针的根部半径且不大于搅拌头的小轴肩半径、长度与焊缝长度相同； 步骤二、焊接用装置由静止轴肩以及处于静止轴肩内的搅拌头两部分组成，而搅拌头由小轴肩及处于小轴肩内的搅拌针组成；搅拌头的小轴肩露于静止轴肩之外，且两者间的距离等于小凸台的高度；搅拌头扎入待焊部位，当搅拌头的小轴肩与小凸台的上表面接触面，搅拌头继续下扎的深度与小凸台的高度相同； 步骤三、当搅拌头达到设定的下扎深度时，搅拌针停止下扎且继续旋转I?8分钟；然后，搅拌头沿着焊件A与焊件B的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。
2.如权利要求1所述的一种无带弧纹特征表面凹陷的搅拌摩擦焊工艺方法，其特征在于，组成搅拌头的搅拌针根部直径为焊件A板厚0.5?1.5倍、端部直径为焊件A板厚的O?1.5倍，且搅拌针的根部直径大于端部直径。
3.如权利要求1所述的一种无带弧纹特征表面凹陷的搅拌摩擦焊工艺方法，其特征在于，组成搅拌头的小轴肩直径大于搅拌针根部直径的I?3倍，且两者之差不小于2mm。
4.如权利要求1所述的一种无带弧纹特征表面凹陷的搅拌摩擦焊工艺方法，其特征在于，静止轴肩的直径大于搅拌头的小轴肩直径，两者之差不小于。
5.如权利要求1所述的一种无带弧纹特征表面凹陷的搅拌摩擦焊工艺方法，其特征在于，在步骤二中，搅拌头以500?5000rpm的转速扎入待焊部位。
6.如权利要求1所述的一种无带弧纹特征表面凹陷的搅拌摩擦焊工艺方法，其特征在于，在步骤三中，搅拌头以50?1500mm/min的速度沿着焊件A与焊件B的对接面水平方向移动。
【文档编号】B23K20/12GK103447685SQ201310410290
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】姬书得, 高双胜, 吕赞, 马轶男, 岳玉梅, 孟祥晨, 肖翰林 申请人:沈阳航空航天大学