[发明专利]超厚板铝合金型材搅拌摩擦焊焊接方法

说明书

超厚板铝合金型材搅拌摩擦焊焊接方法属于轨道车辆铝合金超厚板材的双面搅拌摩擦焊技术领域，该方法是针对厚度值达到84mm的铝合金厚板提出的双面预焊、双面对称设置预制孔、双面对称二次搅拌针插入及双面对称焊的固相连接FSW焊接新方法。本发明的方法不仅降低起焊点的锻压力，降低组对工装的生产制造难度和成本，提高焊接质量、精度和效率，还能有效克服闪缝、铝沫飞边阻挡视线等现象的发生，从而大幅提高搅拌摩擦焊的一次性全熔透加工的成功率，进而节约大量能源、资源和人力物力，提高生产效益，并创造可观的经济价值，其通过大量实践摸索总结出的最佳工艺参数指标，均系首创，效果理想。

技术领域

本发明属于轨道车辆铝合金超厚板材的双面搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种超厚板铝合金型材搅拌摩擦焊焊接方法。

背景技术

固相连接(Friction stir welding，FSW)是焊接领域公知的专用名词，搅拌摩擦焊是一项新进发展起来的固相连接技术，其搅拌摩擦焊的机床旋转部下端设有可以沿竖直轴线高速旋转的搅拌头，搅拌头的下端面设有轴肩，搅拌针同轴固连于轴肩的下方，形成类似钻床和钻头的转动机构。通过搅拌头带动搅拌针高速旋转，并用搅拌针的下端与焊缝两侧的工件表面同时转动摩擦，利用机床带动搅拌头和搅拌针沿焊缝前进，则随着搅拌针的旋转和搅拌挤压，所产生的摩擦热会使接缝处金属因摩擦热能产生塑性金属软化区，冷却后的熔化金属则形成FSW固相连接的焊接过程并形成焊缝。

由于搅拌摩擦焊的焊接效率高、焊接变形小、其焊接接头强度高于传统的MIG焊(熔化极惰性气体保护焊，metal inert-gas welding)，并且制造成本较低，以及高效、节能、环保等特点，使其特别适合于轨道车辆的大尺寸铝合金板材焊缝的焊接，目前，基于搅拌摩擦焊的FSW固相连接技术已经成熟地应用于焊缝厚度值不大于35毫米的大尺寸轨道车辆铝合金接头的焊接领域。

但是，现有的搅拌摩擦焊工艺仅能对厚度不超过35毫米铝合金板材焊缝的上端面进行单面熔透式FSW固相连接，而标准动车组车钩座部件所采用的6082-T4型铝合金厚板，其厚度值达到84mm，远远超出了现有常规搅拌摩擦焊技术所能处理的单面焊接厚度值极限。此外，即便按简单的方式直接将焊件翻转至反面，并对于超厚铝合金板材背面进行同样的搅拌摩擦焊，也会出现如下技术问题：

问题一、为了保证搅拌摩擦焊的摩擦系数，搅拌头及其搅拌针需要在轴向旋转的同时，还对焊缝端面施加沿竖直旋转轴向的垂向挤压力，但在焊缝的起始端位置，由于搅拌头轴肩尚未接触到待焊件表面，搅拌针的摩擦力所产生的搅拌热量较少，此过程中的垂向挤压力会产生过大的锻压力，造成焊缝起始端搅拌针插入过程中铝合金板材的在过大的锻压力下产生凹陷变形，并使塌陷处的焊缝变宽，从而出现焊缝两端无法密贴的闪缝现象；

问题二、为了尽量避免闪缝现象的出现，需要对待焊接的铝合金板材焊件进行高强度的固定定位和侧向顶紧，使其焊缝紧密贴合，此过程给装卡工序提出了较高要求，额外增加了对夹具设备的能要求，也增加了生产成本和装卡工序的劳动作业强度。

问题三、当用搅拌摩擦焊方式沿着铝合金超厚板的焊缝焊接超过焊缝总长度的50％之后，由于已完成的焊缝吸收了大量热能，而且散热较慢，将导致焊接产生的热输入积聚，并致使焊缝尾端的铝合金板材工件发生严重的上翘变形，造成焊缝不平整、无法对齐，焊后工件尺寸及接头质量也无法满足标准要求

问题四、当铝合金板材的厚度超过35毫米时，起焊位置的锻压力过大导致焊接程序中止，搅拌针挤压出来的铝沫碎屑附在起焊位置，操作者视线受阻，上述原因往往造成焊接程序被迫终止；

问题五、当铝合金板材的厚度超过35毫米时，现有的搅拌摩擦焊工艺无法仅从上端面对焊缝完成一次性的完全熔透，造成焊接品质无法达到强度要求；