[发明专利]一种铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接工艺

说明书

本发明提出一种铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接工艺，用以解决现有的中厚板铝合金搅拌摩擦焊焊接技术中存在焊接热输入过大导致焊接变形大、焊接犁沟倾向大以及前期热输入过小导致焊接效率低、搅拌针容易断裂等技术问题。本发明包括焊接试板的装配定位、焊接区域的清洗、样冲冲点、小尺寸搅拌头定位焊接、大尺寸搅拌头行走焊接等关键步骤，将两块焊接试板预压紧后，利用样冲将焊接试板点冲在一起，然后先利用小尺寸搅拌头进行定位焊接使两块焊接试板形成刚性连接，再利用大尺寸搅拌头进行行走焊接，通过调节其焊接转速和焊接速度，实现焊接初始阶段热量的积累，降低焊接过程中大尺寸搅拌头断针以及焊接过热而导致焊接犁沟和塌陷的风险。

技术领域

本发明涉及铝合金搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接工艺。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种新型高效的热固态塑化焊接技术，相比于传统熔焊方法具有高效、低耗和环保等诸多优点，能够实现有色金属如铝、镁、铜及其合金的有效焊接，在航空航天、轨道交通等诸多行业得到广泛应用。搅拌摩擦焊焊接所需热量主要来源于焊件表面与搅拌头之间的摩擦产热，在焊接渔区形成上高下低的“漏斗状”温度场，铝合金厚板焊接时，在焊缝厚度的组织性能差异很大，焊接底层组织疏松，易出现孔洞等缺陷。现有的铝合金厚板初始焊接阶段焊接热输入较小，热量积累缓慢，导致焊接下压过程热量积累的时间较长，焊接效率低，焊接过程中搅拌头的搅拌针容易发生断裂；在正常焊接阶段焊接热输入过大，导致焊接变形大、焊接犁沟倾向大等问题。焊接质量主要取决于搅拌头转速和焊接速度，现有的可调整工艺参数较少，所以铝合金厚板焊接技术难度较大。

发明内容

针对现有的中厚板铝合金搅拌摩擦焊焊接技术中存在焊接热输入过大导致焊接变形大、焊接犁沟倾向大以及前期热输入过小导致焊接效率低、搅拌针容易断裂等技术问题，本发明提出一种铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接工艺，有效实现焊接初始阶段热量的积累，极大程度降低铝合金厚板焊接过程中大尺寸搅拌头断针以及焊接过热而导致焊接犁沟和塌陷的风险。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接工艺，包括如下具体步骤：

步骤S1：将两块铝合金的焊接试板置于工装垫板上并进行对接，两块焊接试板均不加工坡口，然后调整两块焊接试板的对接焊缝，并对两块焊接试板的焊接方向及其焊接平行方向进行预固定，以完成两块焊接试板的初步装夹固定；

步骤S2：清洗两块焊接试板的焊接区域；

步骤S3：对两块焊接试板的对接焊缝进行冲点定位，冲点完成后，再利用上部压紧工装和侧部顶紧工装对两块焊接试板进行夹紧固定；

步骤S4：使用小尺寸搅拌头沿着两块焊接试板的对接焊缝进行定位焊接，小尺寸搅拌头旋转压入焊接试板后保持一定的焊接转速和焊接速度进行焊接，且小尺寸搅拌头的轴肩能够将足够的焊料搅拌成型并形成致密稳定的焊缝，以完成两块焊接试板之间的刚性固定；

步骤S5：使用大尺寸搅拌头沿着两块焊接试板的对接焊缝进行行走焊接，先是大尺寸搅拌头以2倍的正常焊接转速旋转压入焊接试板，使焊接试板得到较高的焊接热输入，待大尺寸搅拌头压入焊接试板至其轴肩周围产生飞边后，大尺寸搅拌头停滞一定时间，然后调整大尺寸搅拌头至正常焊接转速，并以大尺寸搅拌头正常行走焊接速度的28%～32%开始焊接，焊接稳定后再将大尺寸搅拌头的行走焊接速度逐渐提升到正常行走焊接速度，同时在正常行走焊接过程中对焊接区域进行气冷和水冷；

步骤S6：焊接完成后，大尺寸搅拌头的焊接速度降为零，同时大尺寸搅拌头保持正常焊接转速进行回抽，待大尺寸搅拌头的搅拌针完全从焊接试板中抽出后，大尺寸搅拌头停止旋转，完成焊接。

所述两块焊接试板之间对接焊缝的间隙为0~1mm。

所述冲点直径为1mm，相邻两个冲点之间的距离为20～30mm。