[发明专利]一种搅拌摩擦焊接装置及方法

说明书

本发明涉及焊接领域，具体是一种搅拌摩擦焊接装置及方法，其包括搅拌头和TIG焊枪，搅拌头和TIG焊枪存在间距，TIG焊枪通过连接装置安装在搅拌头的行进方向上，TIG焊枪的行进方向与搅拌头的行进方向相同。本发明的有益效果是，本发明能够精准去除合金焊件表面氧化膜，能够有效促进金属塑性流动性，消除焊缝内部隧道孔洞、微孔洞及“S”线等缺陷，能够使焊缝组织分布更均匀，能够有效减少搅拌头磨损，能够有效提高接头室温拉伸性能、冲击韧性、耐腐蚀性能及抗疲劳性能。

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体是一种搅拌摩擦焊接装置及方法。

背景技术

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，FSW)是一种固相连接技术，与熔焊相比，FSW拥有焊缝裂纹倾向小、气孔敏感性低、焊接变形小、无飞溅、焊缝组织与母材组织相近、接头综合性能优异等特点，其被认为是焊接的最佳方法。

搅拌摩擦焊不仅可以获得综合性能优异的焊接接头，而且可以有效解决结构件轻量化问题，因此FSW逐步地应用在航天、航空、轨道交通和汽车等领域，以取代较为笨重的铆接件，提高能源利用率。

但是搅拌摩擦焊仍存在一定焊接质量问题。现有铝合金、镁合金和钛合金等合金，在自然条件下极易与氧气化合生成致密而难熔的氧化膜，这种氧化薄膜会在焊接过程中被破碎并被搅入焊缝，当焊缝金属流动性能较差时，易在焊核区中形成隧道孔洞、微孔洞及“S”线等缺陷。隧道孔洞、微孔洞缺陷是焊缝金属没有形成紧密连接的缺陷，该缺陷附近容易产生应力集中，降低接头力学性能。“S”线缺陷附近的金属只是因塑性变形而紧贴在一起，并没有达到原子间的结合，是一种塑性金属未融合现象，它会降低接头的综合力学性能。因此搅拌摩擦焊接过程中，常常需要清理焊件表面氧化膜及改善焊件塑性流动性能。

目前，对于合金表面氧化膜清理主要有两种方法：1)机械清理，通过机械刮削的方法，去除表面氧膜，但对氧化层的处理效果并不彻底，且容易损伤工件表面。2)化学清理，通过化学反应去除氧化膜，虽然清理效果比机械清理好，但工序复杂、效率低、污染环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题是对于合金表面氧化膜清理效果差，为了解决该问题，本发明提供一种搅拌摩擦焊接装置及方法，其能够精准去除铝合金焊件表面氧化膜。

本发明的内容为一种搅拌摩擦焊接装置，包括搅拌头和TIG焊枪，搅拌头和TIG焊枪存在间距，TIG焊枪通过连接装置安装在搅拌头的行进方向上，TIG焊枪的行进方向与搅拌头的行进方向相同。

进一步地，还包括预热板，预热板位于搅拌头和TIG焊枪的下方，预热板与温度控制仪连接。

进一步地，所述的搅拌头和TIG焊枪之间设置保护气罩，保护气罩通过管路与惰性气体源连通，保护气罩的行进方向与搅拌头的行进方向相同。

进一步地，还包括冷却气罩，搅拌头位于冷却气罩和TIG焊枪之间，冷却气罩通过管路与冷却介质源连通，冷却气罩的行进方向与搅拌头的行进方向相同。

进一步地，所述的TIG焊枪能够沿与搅拌头的行进方向垂直的水平方向往复移动。

进一步地，所述的连接装置为移动机构，TIG焊枪与移动机构连接，移动机构能够驱动TIG焊枪沿搅拌头的行进方向移动。

一种搅拌摩擦焊接方法，包括以下步骤：

步骤一：将焊件装夹固定，焊件和TIG焊枪分别接TIG焊机的负极和正极；

步骤二：启动搅拌头，确保搅拌头嵌入焊件，并保持搅拌头稳定旋转，搅拌头主轴倾角设置为0-3°，轴肩下压量设置为0-0.5mm，焊接初始，搅拌头的停留时间设置为5-15s；

步骤三：搅拌头焊接前进时，连接装置带动TIG焊枪移动，TIG焊枪的钨极离焊件距离设置为2-3mm，焊接电流设置为4-20A，焊枪气体流量设置为10-15L/min；