[发明专利]一种搅拌头供电辅助复合式双轴搅拌摩擦焊接方法

摘要

一种搅拌头供电辅助复合式双轴搅拌摩擦焊接方法，采用搅拌摩擦头作为电阻热源的电极，通过直流开关电源给待焊工件内部提供高密度电流，给高速旋转的搅拌头进行搅拌摩擦焊接过程中提供电阻辅助热源；高速旋转的搅拌头扎入接缝两侧，通过轴肩对接缝处金属施加顶锻压力，使接缝处的金属材料软化；搅拌头使接缝处的金属组织在搅拌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，使接缝处的金属组织晶粒细化；搅拌头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，不断填充到搅拌针移动后所形成的空腔中，并逐渐冷却凝固形成焊缝；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。

主权项

1.一种搅拌头供电辅助复合式双轴搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将第一待焊工件(1)和第二待焊工件(2)装夹固定在焊接工作台上，第一待焊工件(1)和第二待焊工件(2)之间的接缝间隙为0～0.6mm，焊接工作台及工件夹具需要进行绝缘处理；2)第一待焊工件(1)、第二待焊工件(2)、第一搅拌头(3)、第二搅拌头(4)通过第一搅拌头(3)、第二搅拌头(4)连接的碳刷(7)用导线(8)和直流开关电源(5)连接形成闭合电流回路，直流开关电源(5)上电，高速旋转的第一搅拌头(3)和第二搅拌头(4)分别扎入第一待焊工件(1)和第二待焊工件(2)接缝的两侧，轴肩(b)对接缝处施加顶锻压力，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(5)提供500～2000A的电流，电压为3～20V；3)高速旋转的第一搅拌头(3)和第二搅拌头(4)使接缝处的金属组织在搅拌头的搅拌摩擦作用下达到塑化状态，第一搅拌头(3)和第二搅拌头(4)的转速为500～1500转/分钟；同时，第一搅拌头(3)和第二搅拌头(4)上连接的超声波激振器(6)打开，沿第一搅拌头(3)和第二搅拌头(4)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；然后，第一搅拌头(3)和第二搅拌头(4)沿着接缝的方向向前进给运动，进给速度为50～300mm/min，塑化的金属在第一搅拌头(3)和第二搅拌头(4)的搅拌及挤压作用下，不断填充到搅拌针(a)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；所述的第一搅拌头(3)和第二搅拌头(4)由搅拌针(a)、轴肩(b)、导电芯(c)、绝缘层(d)和夹持区(e)组成，搅拌针(a)、轴肩(b)、夹持区(e)采用工具钢制成，其中，搅拌针(a)为锥形的且锥面上有凹槽，使处于高塑性状态的金属保持上下运动的同时，沿着搅拌针(a)从前向后流动；轴肩(b)为平面型的，加热和软化被焊接材料、包拢金属并对焊缝施加顶锻压力，促使焊缝成形光滑平整；导电芯(c)由铜包钢或者铝复铁的耐高温高强度复合导电材料制成，镶嵌在搅拌头的内部，近搅拌针(a)的一端作为电阻热源的电极，另一端保持与碳刷(7)滑动接触，保证构成闭合电流回路；绝缘层(d)由陶瓷耐高温、耐磨绝缘材料制成；夹持区(e)或者搅拌头夹具需要进行绝缘处理。