[发明专利]一种防触底无弱连接的搅拌摩擦焊接装置及方法

说明书

本发明公开了一种防触底无弱连接的搅拌摩擦焊接装置及方法，装置一种防触底无弱连接的搅拌摩擦焊接装置，包括防触垫板、搅拌针和用于装夹待焊接工件的工作台，所述防触垫板、和待焊接工件一同固定在工作台上、且防触垫板位于待焊接工件下方，所述搅拌针穿透待焊接工件的焊接线，所述防触垫板上于待焊接工件的焊接线下方开设有用于避让搅拌针穿透端的防触避让槽。方法用上述的装置进行。由于搅拌针穿透被焊工件底部，因此待焊接工件底部的弱连接可完全消除或挤出焊缝，实现完全消除焊缝根部未焊合缺陷，提高接头的力学性能；由于防触垫板设有防触避让槽，避免了搅拌针与底部触碰的危险。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接领域，尤其涉及一种防触底无弱连接的搅拌摩擦焊接装置及方法。

背景技术

搅拌摩擦焊接方法具有焊接变形小,接头质量高和绿色节能等优点，在航空航天和轨道交通等领域具有广泛的应用。但是搅拌摩擦焊接过程中，大部分的热量依靠轴肩产生，导致焊缝根部产热不足,加上搅拌针长度一般比工件厚度略小，不能完全插入工件底部，导致焊缝底部容易产生未焊合缺陷。未焊合缺陷往往成为焊接件在服役过程的应力集中处和失效的裂纹源头,严重影响了焊接接头的服役性能。

为了解决这一问题，人们通常对焊接工件的底部未焊合缺陷进行机械加工去除，但是该方法本质上是对焊接接头在厚度方向上的减薄，对于焊接材料严重浪费，以及生产效率较低。

专利《CN103894726A》公布一种背部增厚消除弱连接且适应板厚变化的搅拌摩擦焊方法，采用与焊接工件相同的材料放置在焊接工件下方，使搅拌头将工件与增厚材料焊接在一起，在焊后铣除垫板的方式消除未焊合缺陷，但是反而引入了Hook缺陷降低了焊接强度，且焊缝底部完全焊透情形下存在搅拌针触底的风险。

专利《CN105382405A》采用在工件背部使用带有盲孔的静止轴肩支撑,将长针搅拌头倾斜穿透工件,从而消除了未焊合缺陷。但其方法采用特制的平移滑块与导轨配合，只能进行直线焊缝的焊接，难以实现曲线焊缝的连接。

专利《CN210548811U》在专利《CN105382405A》基础上添加了超声震动，降低了焊接载荷和提高了焊接效率并完全消除了未焊合缺陷。但是，在工件背部使用带有盲孔的静止轴肩需要与之配套的可移动支撑平台等装置，这都会严重限制搅拌摩擦焊接的使用场景，而且背部支撑装置结构较为复杂。

综上所述，现有搅拌摩擦焊接方法具有难于避免焊缝底部存在未焊合缺陷、焊缝底部完全焊透情形下存在搅拌针触底的风险、搅拌摩擦焊接的使用场景较为局限等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种防触底无弱连接的搅拌摩擦焊接装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种防触底无弱连接的搅拌摩擦焊接装置，包括防触垫板、搅拌针和用于装夹待焊接工件的工作台，所述防触垫板、和待焊接工件一同固定在工作台上、且防触垫板位于待焊接工件下方，所述搅拌针穿透待焊接工件的焊接线，所述防触垫板上于待焊接工件的焊接线下方开设有用于避让搅拌针穿透端的防触避让槽。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述防触垫板包括防粘薄片，所述防粘薄片位于防触垫板的上表层，用于防止待焊接工件与防触垫板产生粘结。

所述防粘薄片为耐高温材料制成的薄片，厚度在0.1mm以下。

设置防触避让槽开槽宽度为D1,设置搅拌针穿透端的宽度为D2,所述D1大于D2。

设置搅拌针长度为H,待焊接工件厚度为L,所述H:L的比值大于1.00且小于或等于1.10。

设置防触避让槽的深度为d1，搅拌针穿透端的长度为d2，所述d1：d2的比值范围大于或等于2。