[发明专利]一种无匙孔搅拌摩擦焊接方法

说明书

本发明公开了一种无匙孔搅拌摩擦焊接方法。该无匙孔搅拌摩擦焊接方法包括机体、驱动装置和搅拌头，机体上设驱动装置和搅拌头，搅拌头包括搅拌针和轴肩，搅拌针设在轴肩内，搅拌针和轴肩分别与各自的驱动装置相连接，驱动装置数量设两个，驱动装置用于搅拌头提供旋转、平移或升降及焊接参数的调节，搅拌针和轴肩分体设置，且搅拌针可与轴肩沿法向作相对运动。它具有结构简单、操作工艺参数设置简单、便于控制、便于生产观察和工作安全可靠等特点；能够提升焊缝的力学性能与美观性；能实现直缝或环焊焊接无匙孔的要求。

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊接技术领域，尤其涉及一种无匙孔搅拌摩擦焊接方法。

背景技术

摩擦焊是利用工件端面相互运动、相互摩擦产热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料，包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料。搅拌摩擦焊方法与常规摩擦焊一样，也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，不同之处在于搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针伸入工件的接缝处，通过搅拌头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。在焊接过程中，工件固定在刚性背垫上，搅拌针在旋转的同时伸入工件的接缝中，搅拌头(主要是轴肩)与工件之间的摩擦热，使搅拌头前面的材料发生强烈塑性变形，然后随着搅拌头的移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后，从而形成搅拌摩擦焊焊缝。轴肩除了产热作用，同时可以起到防止塑性状态材料溢出、清除表面氧化膜的作用。搅拌摩擦焊对设备的要求并不高，最基本的要求是搅拌头的旋转运动和工件的相对运动，即使一台铣床也可简单地达到小型平板对接焊的要求。但焊接设备及夹具的刚性是极端重要的。搅拌头一般采用工具钢制成，焊头的长度一般比要求焊接的深度稍短。

应该指出，由于搅拌摩擦焊后会在终焊位置留一下个长度、直径与搅拌针相当的匙孔，此孔洞严重影响了焊缝的力学性能与美观，极大的限制了搅拌摩擦焊的应用。为了解决匙孔问题，通常的做法是将其切除掉，但是在航天储罐等重要部件的环缝焊接上，最后匙孔部位无法被切除，必须使用塞补焊技术将孔洞堵住，塞补后的匙孔位置往往成为焊缝中的薄弱点，得不偿失。现有的无匙孔搅拌摩擦焊方法(例如中国发面专利说明书中CN102615417B中公开了一种注入式无匙孔搅拌摩擦焊装置)只适用于点焊，对于直缝或环缝焊接仍然以有匙孔的搅拌摩擦焊方法为主，匙孔问题不可避免。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题在于提供一种无匙孔搅拌摩擦焊接方法。它具有结构简单、操作工艺参数设置简单、便于控制、便于生产观察和工作安全可靠等特点；能够提升焊缝的力学性能与美观性；能实现直缝或环焊焊接无匙孔的要求。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无匙孔搅拌摩擦焊接方法。该方法包括机体、驱动装置和搅拌头，机体上设驱动装置和搅拌头，搅拌头包括搅拌针和轴肩，搅拌针设在轴肩内，搅拌针和轴肩分别与各自的驱动装置相连接，驱动装置数量设两个，驱动装置用于搅拌头提供旋转、平移或升降及焊接参数的调节，搅拌针和轴肩分体设置，且搅拌针可与轴肩沿法向作相对运动。

该方法焊接步骤如下：

步骤1：焊接从启焊位置开始时，预设焊接参数，焊接参数包括焊接速度、搅拌头转速、轴肩下压量和焊接路径等，启动动力装置，搅拌头的搅拌针与轴肩高速旋转；

步骤2：当搅拌头的搅拌针插入待焊工件，轴肩压入母材一定量后，焊接部位母材受摩擦热软化，搅拌头的搅拌针与轴肩沿焊接方向前进，连接位置受到搅拌针的剧烈摩擦和轴肩的锻压作用，从而形成焊缝；

步骤3：当焊接进行到终焊位置时，搅拌头整体不动，搅拌头的搅拌针回抽的同时轴肩下压，当受到轴肩挤压的塑性金属填满搅拌针退出的匙孔时，且通过控制搅拌头的搅拌针与轴肩的运动速度，使得匙孔填满后搅拌头的搅拌针的下端面与轴肩的下端面位于同一个平面时，搅拌头整体抬升；

步骤4：焊接完成。