[发明专利]一种搅拌摩擦焊装置及型材焊接方法

说明书

本发明公开了一种搅拌摩擦焊装置及型材焊接方法。所述搅拌摩擦焊装置包括焊机和焊接辅助机构；所述焊机包括自上而下同轴设置的焊机主轴、上轴肩、搅拌针和下轴肩；所述焊接辅助机构包括装在焊机骨架上或集成在上轴肩上的连接臂，以及装在连接臂上的校正机构；位于搅拌针前方或前后双方的所述校正机构为所述搅拌针提供理想的对接接头状态。本发明保证了焊接过程可像“拉链”式缝合一样便捷。

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦焊装置及型材焊接方法，属于轨道交通车辆车体结构及焊接技术领域。

背景技术

搅拌摩擦焊（FSW）是在1991 年被发明，并有效的用于铝合金焊接的一种固态焊接工艺。常规搅拌摩擦焊过程是把一个非消耗的搅拌头旋转着插入工件对接面，通过轴肩及搅拌针的旋转摩擦热及金属塑型变形热使周围区域材料加热到塑性状态（焊接时温度低于熔点），同时搅拌头以一定的焊接速度沿着待焊界面运动，热塑性材料不断由搅拌头前方向后方转移，从而形成一道致密的焊缝。与传统焊接方法相比，搅拌摩擦焊过程不需要填充材料和保护气体，被焊工件不开坡口，表面处理要求较低，无须复杂的焊前预处理，且焊后结构的残余应力与变形小，接头不会产生与熔化有关的裂纹、气孔及合金元素烧损等缺陷。此外，焊接过程中无弧光辐射、烟尘和飞溅，噪音低，因而搅拌摩擦焊是一种经济、高效、高质量的绿色焊接工艺。且焊缝美观、色差较均匀，为铝合金车体免涂装提供了很好的基础。

虽然常规搅拌摩擦焊技术在焊接轻合金方面有诸多优点，但还存在一些不足，如在焊接过程中存在着较大的焊接锻压力，这样造成在焊接前要对被焊工件进行严格的装夹，且要在被焊工件的背部添加刚性衬垫，这种装夹要求在焊接水平直线焊缝时尚可，但如果焊接空间曲面及复杂中空结构零件时，则存在很大的装夹问题，且这些装夹具会在搅拌摩擦焊机前进的方向造成较大的阻碍，严重影响生产效率。为此，双轴肩搅拌摩擦焊技术（Bobbin Tool Friction Stir Welding, BTFSW)应运而生，双轴肩搅拌摩擦焊用到了靠搅拌针连接的上下两个轴肩，上下两个轴肩分别与被焊工件的上下表面接触，下轴肩相当于被焊工件背部的刚性衬垫，这样的改进就降低了焊接过程中的锻压力，减小了对焊接装夹的要求，降低了焊接工装的成本，且对空间曲面及复杂结构零件的搅拌摩擦焊的可操作性大大提高。而最近几年在双在FSW工具中开发的静轴肩技术被应用在BT-FSW 工艺中，可进一步降低总热量输入。该方式可以让上轴肩或下轴肩保持静止，可以有效的较少焊缝热输入，缓解焊缝接头的软化现象。

以往单轴肩搅拌摩擦焊在轨道车辆车体上的应用通常局限于板材（如车钩安装板）和直型材（如侧墙板、底架地板），且需在专用的工作台上进行严格装夹再作业。BTFSW的出现将扩大其适用范围，让车体总组焊使用搅拌摩擦焊技术成为可能。日本三菱公司公开的PCT/JP2011/050275发明专利提供一种车体总组焊采用FSW的技术方案，但该专利采用的方案是焊枪设备在车体内侧，且首先对车体外侧接头进行FSW施焊；然后再焊内侧，焊内侧时主要采用电弧焊或单轴肩FSW，采用单轴肩方式的FSW在工作时需要对工件施加巨大轴向压力，对车体制造工艺要求很高，且工装设备复杂，焊接难度大，成本较高等劣势。且从车内实施焊接，极易受到空间限制，操作难度大。申请号为EP 1057574B1专利技术主要涉及一种内外两侧都采用FSW方式的结构，其内侧焊缝由于无筋板支撑，可双轴肩FSW方式，外侧左右两道FSW接头处下方均有筋板，只能采用单轴肩FSW方式。该方案在焊接下方这道焊缝时要增加额外的夹紧固定工装，生产效率低；焊接上方两道时，由于上方筋板位于节点处，不便加工，为保证与连接板的对接间隙，只能对连接板进行修模，对接间隙难以保证，操作性差。此外，目前国内外尚未有对整车大部件内外两侧连接均采用双轴肩FSW方式。

发明内容

针对双轴肩搅拌摩擦焊技术的优势，以及目前车体总成使用该焊接技术方案的不足，本发明旨在提供一种搅拌摩擦焊装置及型材焊接方法，该搅拌摩擦焊装置及型材焊接方法解决了以下问题：