[发明专利]一种热源辅助复合式双轴无针动态搅拌摩擦焊接方法

说明书

一种热源辅助复合式双轴无针动态搅拌摩擦焊接方法，采用正、负电极动态夹持头和导向预紧轮完成待焊工件装夹，通过直流开关电源给待焊工件内部提供高密度电流，对待焊工件接缝处的金属进行预热；将高速旋转的搅拌头压入接缝两侧，通过轴肩对接缝处金属施加正压力，使接缝处的金属材料软化；高速旋转的搅拌头使接缝处的金属组织在搅拌摩擦作用下达到塑化状态，同时采用超声波激振器对塑化的金属进行微锻处理；待焊工件随焊接工作台沿着接缝的方向向前进给运动，塑化的金属在搅拌头的搅拌及挤压作用下，不断填充到搅拌头移动后所形成的空腔中，并逐渐冷却凝固形成最终焊缝；本发明减轻搅拌头的磨损，增大焊接厚度，提高焊接速率，减少焊接缺陷。

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊接与成形技术领域，具体涉及一种热源辅助复合式双轴无针动态搅拌摩擦焊接方法。

背景技术

搅拌摩擦焊(FSW)是一项固相焊接技术，最初用于低熔点金属(如铝合金和镁合金等)的连接，由于在FSW过程中没有材料的熔化，所以该技术可避免传统熔化焊中常见的裂纹、气孔和变形等问题，并且对操作和设备要求较低。虽然对搅拌摩擦焊技术的研究已越来越深入，但该技术仍存在不足之处。

搅拌摩擦焊接主要通过搅拌头对工件的搅拌，依靠摩擦生热使工件接缝周围的金属被加热到塑性状态实现工件的连接，焊接过程需要通过搅拌头施加较大的压紧力和搅拌头向前运动的力。因此，在搅拌摩擦焊特殊的高温环境下，焊接熔点较高的金属材料时，搅拌头磨损较为严重且设备一般比较笨重和复杂。另外，焊接熔点高、厚度大的材料时，焊接速度往往较低。焊接时，待焊工件需要刚性固定，对设备装夹要求较高，焊缝的背面需要加垫板进行刚性支撑，焊后获得的焊缝末端会形成匙孔缺陷。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种热源辅助复合式双轴无针动态搅拌摩擦焊接方法，可以使焊接作用力减小，减轻搅拌头的磨损，极大的延长搅拌头的寿命；简化焊接设备和夹具安装要求，实现大厚度工件的搅拌摩擦焊接，提高焊接速率，减少焊接缺陷，避免焊后形成匙孔，提高焊接接头的强度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种热源辅助复合式双轴无针动态搅拌摩擦焊接方法，包括以下步骤：

1)待焊工件的装夹：将第一待焊工件1和第二待焊工件2通过负极动态夹持头3、正极动态夹持头4、第一导向预紧轮5和第二导向预紧轮6装夹固定在焊接工作台上，使第一待焊工件1和第二待焊工件2只能随焊接工作台沿接缝方向移动；第一待焊工件1和第二待焊工件2之间为无间隙对接，第一导向预紧轮5和第二导向预紧轮6需要进行绝缘处理；

2)待焊工件的预热：正极动态夹持头4、第二待焊工件2、第一待焊工件1、负极动态夹持头3通过导线11和直流开关电源10连接形成闭合电流回路，直流开关电源10上电，电流流过待焊工件内部产生电阻热，使第一待焊工件1和第二待焊工件2接缝处的金属材料软化，直流开关电源10提供500～3000A的电流，电压为3～20V；

3)搅拌摩擦焊接：高速旋转的第一搅拌头7和第二搅拌头8分别压入第一待焊工件1和第二待焊工件2接缝的两侧，压入深度为0.1～1mm，使接缝处的金属组织在轴肩a和叶片状刀刃c的搅拌摩擦作用下达到塑化状态，第一搅拌头7和第二搅拌头8的转速为500～2000转/分钟；同时，第一搅拌头7和第二搅拌头8上连接的超声波激振器9打开，沿第一搅拌头7和第二搅拌头8轴线A-A方向对接缝处塑化的金属进行微锻处理，使焊缝处的金属组织晶粒得到细化；第一待焊工件1和第二待焊工件2随焊接工作台沿着接缝的方向向前进给运动，进给速度为20～300mm/min，塑化的金属在第一搅拌头7和第二搅拌头8的搅拌及挤压作用下，不断填充到搅拌头移动后所形成的空腔中，并逐渐冷却凝固形成最终焊缝1-2，从而完成第一待焊工件1和第二待焊工件2接缝的搅拌摩擦焊接。