[发明专利]一种连续焊接的两步式无匙孔搅拌摩擦点焊装置及方法

说明书

本发明涉及一种连续焊接的两步式无匙孔搅拌摩擦点焊装置及方法，属于焊接技术领域，一种连续焊接的两步式无匙孔搅拌摩擦点焊方法包括第一步点焊和第二步控形控性处理，本方法通过特制焊具对所有预焊位置依次进行第一步点焊，第二步通过摩擦头控形控性处理全部的第一步焊点，一种连续焊接的两步式无匙孔搅拌摩擦点焊装置包括第一焊具1、第二焊具2、上层母材3、下层母材4、第一焊点5和第二焊点6，本装置通过第一焊具1与第二焊具2的形状特征和作用特性，使第一步点焊接头在抑制物料损耗的同时实现更大搭接面积，使第二步焊点的点焊接头实现无匙孔和焊点强化。

技术领域

本发明涉及一种连续焊接的两步式无匙孔搅拌摩擦点焊装置及方法，属于焊接技术领域。

背景技术

搅拌摩擦点焊作为一种新型的固相点焊技术，解决了传统熔化型点焊接头中会出现气孔、裂纹等缺陷的局限性，目前已经被广泛应用于航空航天和军事工业的各种合金结构件连接中，传统搅拌摩擦点焊方法是利用高速旋转的焊具扎入合金母材，在搅拌摩擦的作用下被焊位置迅速达到热塑性状态，焊具下扎至搅拌针尖端抵达上下板界面下方，焊具保持轴向压力和旋转在预定位置停留一段时间后抬起，最终实现上下板的点连接，由于搅拌针的存在，焊点中心位置会保留匙孔，造成结构表面的几何缺陷，在结构承载时匙孔内部易产生应力集中成为裂纹的萌生源，最终影响被焊结构的几何完整性和服役可靠性。

目前，为解决传统搅拌摩擦点焊接头中心存在匙孔的问题，多采用回填式搅拌摩擦点焊方法，该方法使用包含搅拌针、搅拌套和压紧环的组合式焊具，在焊接过程中保持压紧环对焊点位置的轴向压力，通过搅拌针或搅拌套的依次下扎与回填得到无匙孔的固相点焊接头，此方法能够得到成形良好无匙孔的搅拌摩擦点焊接头，但由于在焊接过程中分体式焊具的各零件保持相对运动，易出现钩状缺陷且对焊接设备要求较高，在焊接完成后各零件间的装配间隙中易发生物料粘滞，因此无法实现多点的连续焊接，此外，有人提出在传统搅拌摩擦点焊之后，使用搅拌针与母材相同的可消耗式焊具扎入焊点的匙孔中从而实现匙孔修复，但这种方法需要专门加工配套的可消耗式搅拌针，增加了成本，在焊接多焊点结构时每焊接一次都需要更换搅拌针，增加了工序，无法达到高效连续焊接的要求。

针对以上问题，如能开发一种基于传统搅拌摩擦焊硬件平台，针对被焊结构多焊点连续焊接的高效、高质量无匙孔搅拌摩擦点焊方法，对推动固相点焊的大规模应用是极有价值和意义的。

发明内容

本发明旨在提出一种连续焊接的两步式无匙孔搅拌摩擦点焊装置及方法，对于被焊结构的所有预焊位置，依次使用开有压料槽道的梯形圆锥体搅拌针配合储料轴肩的一体式焊具实现第一步焊接，再利用第二焊具的摩擦头实现第二步控形控性处理，高效实现多点无匙孔的连续焊接。

为实现上述目的，本方法采用以下技术方案：一种连续焊接的两步式无匙孔搅拌摩擦点焊方法，包含以下步骤：

S1、点焊：采用第一焊具对材料点焊，第一焊具上布置有搅拌针，搅拌针呈梯形圆锥体形状，通过第一焊具上布置的具备储料功能的储料空腔，该储料空腔配合搅拌针外壁上呈螺旋状的压料槽道，将点焊时的一部分热塑化材料储存或者释放，另一部分在搭接界面处形成上下板的冶金连接，通过第一焊具对材料搅拌摩擦点焊，形成焊接头匙孔边缘凸起余高；

S2、控形控性处理：第二焊具对焊接头匙孔边缘凸起余高进行控形控性处理，第二焊具上设有搅拌头，搅拌头包括第二焊具底端的平面或球面，随着第二焊具下压，匙孔周围热塑性的凸起余高在顶锻的作用下被再次收进匙孔内部，通过第二焊具的摩擦与下压得到成形良好的、无匙孔的点焊接头。

进一步地，所述第一焊具的控制参数为：主轴转速50-4000rpm、下扎速度0.5-100mm/min、焊具停留搭接界面时间1-100s、抬刀速度0.5-10mm/min。

进一步地，所述第二焊具的控制参数为：主轴转速50-4000rpm、下扎速度0.5-100mm/min、抬刀速度0.5-50mm/min。