[发明专利]一种可消除匙孔的搅拌针针长自适应搅拌摩擦焊接方法

说明书

本发明公开了一种可消除匙孔的搅拌针针长自适应搅拌摩擦焊接方法，通过激光测距仪和锥形反射罩组成的测量系统来测量锥形罩下降的距离，根据算法计算出轴向压力变量和下压变量，借助弹簧装置调节轴向压力和下压量来控制搅拌针的长度，以此来适应不同厚度材料的焊接，并在焊接收尾阶段减小轴向压力，同时使搅拌针下压量为零，通过已有的塑性流动金属来填充匙孔，实现薄板无匙孔的搅拌摩擦焊接。该种搅拌摩擦焊接方法所用设备装置为焊接机头上安装的激光测距仪和加装弹簧和锥形反射罩的搅拌头，该装置集成一体，易于安装，焊接过程边焊边控制轴向压力和搅拌针压入量，调节过程直观可见、精确度较高。

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，尤其涉及到一种可消除匙孔的搅拌针针长自适应搅拌摩擦焊接方法。

背景技术

搅拌摩擦焊(Friction stir welding，简称FSW)是1991年由英国焊接研究所发明的一种先进固态连接技术。因具有低变形、低能耗和无污染等优点，广泛应用于低熔点轻金属材料的连接。但常规搅拌摩擦焊因搅拌针的作用，在焊缝末端上会留下匙孔。焊缝中匙孔的存在，一方面会成为焊缝力学性能恶化的源头，另一方面会影响焊缝成型的美观。因此，在工程应用中，消除焊缝上的匙孔十分必要。

目前，消除搅拌摩擦焊缝中匙孔的方法主要有：一是在被焊材料上先预置引弧板和收弧板，把匙孔引到收弧板上，最后切除掉收弧板。如在舱体上的口框处引出匙孔，然后加工去除。但该方法消耗了大量的财力、物力和人力，同时不适合某些回转结构的环缝焊接。二是采用无针式搅拌头替换有针式搅拌头来实现薄板的无匙孔搅拌摩擦焊接，焊接过程中是通过轴肩与被焊金属之间摩擦生热，使金属产生塑性流动，实现固相连接。该方法对轴肩的截面形貌要求较高且使用局限性较大，同时向轴肩施加的轴向压力较难控制，压力太大，造成焊缝减薄，影响焊缝力学性能；压力太小，热输入量不够，焊接不成功。三是在焊接收尾阶段采用搅拌针回抽技术来消除搅拌摩擦焊缝上的匙孔，但搅拌针回抽设备较为复杂，对搅拌针性能要求较高，也不适用于高转速搅拌摩擦焊接。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，本发明提供一种可消除匙孔的搅拌针针长自适应搅拌摩擦焊接方法，该方法可适应不同厚度材料的焊接，并在焊接收尾阶段减小轴向压力，同时使搅拌针下压量为零，通过已有的塑性流动金属来填充匙孔，实现薄板无匙孔的搅拌摩擦焊接

本发明的具体技术方案如下所述：

一种可消除匙孔的搅拌针针长自适应搅拌摩擦焊接方法，是通过安装在焊接机头上的激光测距仪和改装后的搅拌头的配合使用来实现不同厚度薄板的无匙孔搅拌摩擦焊接的，具体焊接步骤如下：

1)事先确定焊件板厚H₀、轴肩设定压入量D₀和弹簧初始压缩量y₀；

2)旋转的搅拌头下降直到轴肩与工件接触，记录此时激光测距仪和锥形反射罩之间的距离L₀，将L₀的值赋给L_X，将D₀赋给D_Y、D_Y1；