[发明专利]超声振动辅助摩擦焊接方法

说明书

本发明公开了一种超声振动辅助摩擦焊接方法，用于解决现有辅助摩擦焊接方法焊接接头强度差的技术问题。技术方案是在旋转或线性摩擦焊接过程中，除在摩擦界面上施加正压力和摩擦剪力产生摩擦热及塑性变形外，在移动端工件上施加超声振动，传递到摩擦界面上的超声振动能够使摩擦界面上高温金属变形抗力下降，促进其塑性变形，从而能够在较小的摩擦压力下也能产生较大的塑性变形量，最终实现两侧工件的有效连接，提高了摩擦焊接接头强度。

技术领域

本发明涉及一种辅助摩擦焊接方法，特别涉及一种超声振动辅助摩擦焊接方法。

背景技术

超声波是频率高于20kHz的声波，具有功率大、方向性强和穿透性强等特点。其具有破碎氧化膜、打碎连续脆性相以及促进金属流动、改善材料塑性、细化焊缝晶粒等作用，在焊接领域中有着广泛的应用。

文献1“申请公布号是CN106238901A的中国发明专利”公开了一种超声辅助搅拌摩擦焊焊接工具及焊接方法。该方法在主机头不旋转的部位固定超声加工工具，焊接过程中，超声加工工具的端面与被焊材料的表面接触。可以有效去除残余应力，提高焊缝质量。

文献2“申请公布号是CN107695511A的中国发明专利”公开了一种超声辅助异质材料搅拌摩擦搭接装置及搭接方法。该方法将超声装置与搅拌摩擦焊接装置共同作用于异质材料接头，将传统连接接头中连续脆性相打碎，实现了异质材料的有效连接。解决了异质材料接头由于材料物理化学性质差别大而造成的连接困难、内部缺陷及连续的脆性相的问题。

通过旋转或线性摩擦焊连接室温强度较低的非移动端工件(即旋转端或振动端)与高温强度较高的移动端工件时，移动端工件在较小的摩擦压力下摩擦变形量小，非移动端工件与移动端工件接头性能差；在较大的摩擦压力下，非移动端工件母材内部就会受到损伤，影响非移动端工件性能，从而降低了非移动端工件与移动端工件的整体接头强度。

发明内容

为了克服现有辅助摩擦焊接方法焊接接头强度差的不足，本发明提供一种超声振动辅助摩擦焊接方法。该方法在旋转或线性摩擦焊接过程中，除在摩擦界面上施加正压力和摩擦剪力产生摩擦热及塑性变形外，在移动端工件上施加超声振动，传递到摩擦界面上的超声振动能够使摩擦界面上高温金属变形抗力下降，促进其塑性变形，从而能够在较小的摩擦压力下也能产生较大的塑性变形量，最终实现两侧工件的有效连接，提高了摩擦焊接接头强度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种超声振动辅助摩擦焊接方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、将旋转端工件1、移动端工件2分别夹持在旋转摩擦焊机的旋转夹具和移动夹具上；

步骤二、旋转摩擦焊机通过主轴电机及旋转夹具驱动旋转端工件1旋转，移动端液压系统通过滑台及移动夹具驱动移动端工件2逐渐靠近并压在高速旋转的旋转端工件1上，摩擦压力为50～350MPa，摩擦变形量为1.0～3.0mm，摩擦时间为3～12s；并同时将超声波换能器输出头3压在移动端工件2上，给移动端工件2施加超声振动，振动频率为20～100kHz；摩擦变形量或摩擦时间任一参数达到设定值时旋转夹具停止旋转，移动端液压系统施加100～400MPa的顶锻压力，保压4～6s。

一种超声振动辅助摩擦焊接方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、将旋转端工件1、移动端工件2分别夹持在旋转摩擦焊机的旋转夹具和移动夹具上，并将拘束套4套在移动端工件2上，拘束套4与移动端工件2的间隙为0.2～0.5mm，移动端工件2待焊接面伸出拘束套4外4.0～4.2mm；