一种无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法技术

本发明专利技术公开了一种无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法。该方法使用的装置包括机体、驱动装置、搅拌头和用于夹持工件的工作台，搅拌头包括搅拌针和轴肩，搅拌针设在轴肩内，搅拌针、轴肩和工作台分别与各自的驱动装置相连接，驱动装置数量设3个，驱动装置用于搅拌针、轴肩和工作台提供旋转、平移或升降及焊接参数的调节，搅拌针和轴肩分体设置，且搅拌针可与轴肩沿法向作相对运动，工件夹持在工作台上，且能够以工作台中心为转轴旋转。与传统搅拌摩擦点焊相比，该焊接方法能够实现焊点无匙孔；可以增强搅拌针对焊点金属的搅动作用与塑性金属的流动程度与范围，从而达到增强焊点力学性能的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法
本专利技术属于搅拌摩擦点焊焊接
，尤其涉及一种无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法。
技术介绍
搅拌摩擦点焊(FrictionStirSpotWelding，FSSW)是以"线性"搅拌摩擦焊为基础发展而来的一种焊接技术。随着全球资源与环境保护问题的日趋严峻，运载工具的轻量化设计成为汽车、航空航天等制造领域的发展方向，电阻点焊是运载工具轻量化设计中重要的一种传统连接方法，具有生产效率高、操作灵活性好等优点，但也存在许多局限性，主要表现在:a.焊接过程需要提供大电流，耗能大；b.铝合金表面氧化膜造成电极寿命明显缩短；c.由于焊接大电流的作用，工件将产生明显的热变形，且焊缝中易出现缺陷和焊点质量不稳定，接头质量差；d.焊接过程中有飞溅，点焊工作环境差。FSSW可以形成点焊的搭接接头，其焊缝外观与通常应用于铝合金构件的电阻点焊类似，因而具有很高的应用价值和研究意义。搅拌摩擦点焊具体的焊接过程可分为3个阶段:a.压入过程:搅拌头不断旋转，通过施加顶锻压力插入连接工件中，在压力作用下工件与搅拌头之间产生摩擦热，软化周围材料，搅拌头进一步压入工件；b.连接过程:搅拌头完全镶嵌在工件中，保持搅拌头压力并使轴肩接触工件表面，继续旋转一定时间:c.回撤过程:完成连接后搅拌头从工件退出，在点焊缝中心留下典型的退出凹孔。基于其绿色、高效、无污染的特点，在轻金属与异种金属的搭焊，尤其是汽车焊接工业中发展迅速，但由于匙孔的存在，影响了搅拌摩擦点焊接头的力学性能与美观，严重制约着搅拌摩擦点焊的应用与发展。虽然已经出现了若干无匙孔的搅拌摩擦点焊方法，但由于其通过安装在套筒内的搅拌针与轴肩在Z轴方向的相对运动来实现无匙孔，搅拌头并没有在X/Y平面方向的运动，所以存在焊点内塑性金属混合搅动不充分、焊点大小受轴肩面积限制无法调整、搅拌头在套筒内焊接时无法观察监测等问题。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法。该方法能实现焊点无匙孔；增强搅拌针对焊点金属的搅动作用与塑性金属的流动程度与范围，从而增强了焊点的力学性能；使用一种尺寸规格的搅拌针与轴肩的套件可满足不同焊点面积需求；取消了轴肩外的套筒结构，简化了结构，便于生产观察。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法。该方法使用的装置包括机体、驱动装置、搅拌头和用于夹持工件的工作台，搅拌头包括搅拌针和轴肩，搅拌针设在轴肩内，搅拌针、轴肩和工作台分别与各自的驱动装置相连接，驱动装置数量设3个，分别为搅拌针、轴肩和工作台的旋转、平移或升降提供动力，搅拌针和轴肩分体设置，且搅拌针可与轴肩沿法向作相对运动，工件夹持在工作台上，且能够以工作台中心为转轴旋转。该无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法，包括步骤如下：步骤1：焊接从启焊位置开始，预设焊接参数，焊接参数包括搅拌头转速、轴肩下压量和工件旋转速度等，启动驱动装置，使搅拌针与轴肩绕搅拌头转轴高速旋转；步骤2：当搅拌针插入工件，轴肩压入母材一定量后，焊接部位母材受摩擦热软化，发生塑性流动从而形成永久性搭焊接头；步骤3：此时搅拌针回抽，轴肩保持原焊接位置不动，同时，启动工作台旋转驱动装置，使工件以工作台中心为旋轴朝着搅拌针与轴肩旋转的相反方向转动，工件转轴与搅拌头转轴的间距为δ；步骤4：当工件旋转180°(半周)时，此时搅拌针的回抽过程进行了一半，并旋转至工件转轴的另一侧，这时，工件转轴与搅拌头转轴的间距仍为δ，塑性金属受到轴肩的挤压注入由于搅拌针退出而留下的匙孔中；步骤5：伴随着搅拌针回抽与工件旋转的继续进行，通过控制搅拌针回抽与工件旋转的速度，当工件旋转360°(整一周)时，搅拌针下端面回抽至与轴肩下端面齐平的状态，即刚好完成回抽，搅拌针与轴肩整体抬起，受到轴肩挤压的塑性金属在工件旋转的过程中逐步注入由于搅拌针退出留下的匙孔中，实现焊点的无匙孔(所无述匙孔为螺旋状)；步骤6：焊接完成。与现有技术相比，本专利技术产生的有益效果是：由于采用了上述结构和焊接方法，该焊接方法可以实现焊点无匙孔；可以增强搅拌针对焊点金属的搅动作用与塑性金属的流动程度与范围，从而增强了焊点的力学性能；可通过调节焊接时工件转轴与搅拌头转轴的距离来调整焊点面积，即使用一种尺寸规格的搅拌针与轴肩的套件可满足不同焊点面积的需求；相对于现有的无匙孔搅拌摩擦点焊方法，取消了轴肩外的套筒结构，简化了结构，便于生产观察。附图说明图1为本专利技术无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法的启焊位置工作原理示意图；图2为本专利技术无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法的工作原理1示意图；图3为本专利技术无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法的工作原理2示意图；图4为本专利技术无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法的工作原理3示意图；图5为本专利技术无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法的终焊位置工作原理示意图；图中：1－搅拌针、2－轴肩、3－搅拌头转轴、4－工件、5－工件转轴、6－轴肩作用区域金属体积、7-搅拌针移动方向(实心箭头)、8－工件旋转方向(空心箭头)、9－轴肩外圆运动轨迹和10－匙孔中填补的金属体积。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。图1－图5示出了本专利技术各种工作原理示意图。一种无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法。该方法使用的装置包括机体、驱动装置、搅拌头和用于夹持工件4的工作台，搅拌头包括搅拌针1和轴肩2，搅拌针1设在轴肩2内，搅拌针1、轴肩2和工作台分别与各自的驱动装置相连接，驱动装置数量设3个，驱动装置用于搅拌针1、轴肩2和工作台旋转、平移或升降及焊接参数的调节，搅拌针1和轴肩2分体设置，且搅拌针1可与轴肩2沿法向作相对运动，工件4夹持在工作台上，且工件4能够以工作台中心为转轴旋转。所述工件4夹持在工作台上，所述工作台的驱动装置为减速机，工作台可以围绕工作台中心为工件转轴5作圆周运动。如图1至5中，轴肩作用区域金属体积6、搅拌针移动方向7(实心箭头)、工件旋转方向(空心箭头)8、轴肩外圆运动轨迹9和匙孔中填补的金属体积10。该无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法，包括步骤如下：步骤1：焊接从启焊位置开始，预设焊接参数，焊接参数包括搅拌头转速、轴肩2下压量和工作台转速等，启动驱动装置，使搅拌针1与轴肩2绕搅拌头转轴3高速旋转；步骤2：当搅拌针1插入工件4，轴肩2压入母材一定量后，焊接部位母材受摩擦热软化，发生塑性流动从而形成永久性搭焊接头；步骤3：此时搅拌针1回抽，轴肩2保持原焊接位置不动，同时，启动驱动装置，使工件4以工作台中心为转轴5朝着搅拌针1与轴肩2旋转的相反方向转动，工件4转轴5与搅拌头转轴3的间距为δ；步骤4：当工件4旋转180°(半周)时，此时搅拌针1的回抽过程进行了一半，旋转至工件4转轴5的另一侧，这时，工件4转轴5与搅拌头转轴3的间距仍为δ，塑性金属受到轴肩2的挤压注入由于搅拌针1退出而留下的匙孔中；步骤5：伴随着搅拌针1回抽与工件4旋转的继续进行，通过控制搅拌针1回抽与工件4旋转的速度，当工件4旋转360°(整一周)时，搅拌针1下端面回抽至与轴肩2下端面齐平的状态，即刚好完成回抽，搅拌针1与轴肩2整体抬起，受到轴肩2挤压的塑性金属在工件4旋转的过程中逐步注入由于搅拌针1退出留下的匙孔中，实现焊点的无匙孔(所述无匙孔为螺旋状)；步骤6：焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法，其特征在于：包括步骤如下：步骤1：焊接从启焊位置开始，预设焊接参数，焊接参数包括搅拌头转速、轴肩(2)下压量和工作台旋转速度等，启动驱动装置，使搅拌针(1)与轴肩(2)绕搅拌头转轴(3)高速旋转；步骤2：当搅拌针(1)插入工件(4)，轴肩(2)压入母材一定量后，焊接部位母材受摩擦热软化，发生塑性流动从而形成永久性搭焊接头；步骤3：此时搅拌针(1)回抽，轴肩(2)保持原焊接位置不动，同时，启动工作台驱动装置，使工件(4)以工作台中心为旋转轴(5)朝着搅拌针(1)与轴肩(2)旋转的相反方向转动，工件(4)旋转中心轴(5)与搅拌头转轴(3)的间距为δ；步骤4：当工件(4)旋转180°时，此时搅拌针(1)的回抽过程进行了一半，旋转至工件(4)转轴(5)的另一侧，这时，工件(4)转轴(5)与搅拌头转轴(3)的间距仍为δ，塑性金属受到轴肩(2)的挤压注入由于搅拌针(1)退出而留下的匙孔中；步骤5：伴随着搅拌针(1)回抽与工件4旋转的继续进行，通过控制搅拌针(1)回抽与工件(4)旋转的速度，当工件(4)旋转360°时，搅拌针(1)下端面回抽至与轴肩(2)下端面齐平的状态，即刚好完成回抽，搅拌针(1)与轴肩(2)整体抬起，受到轴肩(2)挤压的塑性金属在工件(4)旋转的过程中逐步注入由于搅拌针(1)退出留下的匙孔中，实现焊点的无匙孔；步骤6：焊接完成。...

【技术特征摘要】
1.一种无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法，其特征在于：包括步骤如下：步骤1：焊接从启焊位置开始，预设焊接参数，焊接参数包括搅拌头转速、轴肩(2)下压量和工作台旋转速度等，启动驱动装置，使搅拌针(1)与轴肩(2)绕搅拌头转轴(3)高速旋转；步骤2：当搅拌针(1)插入工件(4)，轴肩(2)压入母材一定量后，焊接部位母材受摩擦热软化，发生塑性流动从而形成永久性搭焊接头；步骤3：此时搅拌针(1)回抽，轴肩(2)保持原焊接位置不动，同时，启动工作台驱动装置，使工件(4)以工作台中心为旋转轴(5)朝着搅拌针(1)与轴肩(2)旋转的相反方向转动，工件(4)旋转中心轴(5)与搅拌头转轴(3)的间距为δ；步骤4：当工件(4)旋转180°时，此时搅拌针(1)的回抽过程进行了一半，旋转至工件(4)转轴(5)的另一侧，这时，工件(4)转轴(5)与搅拌头转轴(3)的间距仍为δ，塑性金属受到轴肩(2)的挤压注入由于搅拌针(1)退出而留下的匙孔中；步骤5：伴随着搅拌针(1)回抽与工件4旋转的继续进行，通过控制搅拌针(1)回抽与工件(4)旋转的速度，当工件(4)旋转360°时，搅拌针(1)下端面回抽至与轴肩(2)下端面齐平的状态，即刚好完成回抽，搅拌针(1)与轴肩(2)整体抬起，受到轴肩(2)挤压的塑性金属在工件(4)旋转的过程中逐步注入由于搅拌针(1)退出留下的匙孔中，实现焊点的无匙孔；步骤6：焊接完成。2.如权利要求1所述的无匙孔搅拌摩擦搭接点焊方法，其特征在于：该方法使用的装置包括机体、驱动装置、搅拌头和用于夹持...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘骁，从孟启，张云龙，张扬，陈逸，王洪金，孙顺平，李小平，于赟，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32