一种全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊方法技术

本发明专利技术公开了一种全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊方法，主要包括：双静止轴肩搅拌工具、搅拌针夹持端、主轴基体、固定螺栓、工装夹具及待焊母材。其双静止轴肩搅拌工具至少包括搅拌针、静止上轴肩、静止下轴肩，其中的静止上轴肩前沿处设计有填充材料入口，后沿设计有强制成型的圆角曲面。解决搅拌摩擦焊工装复杂、双面焊接效率低下、对接及角接的未焊透和弱连接问题，同时添加焊缝金属可以增强接头整体性能，降低角接接头应力集中。

【技术实现步骤摘要】
一种全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊方法
本专利技术属于焊接领域，具体涉及一种全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊方法。
技术介绍
搅拌摩擦焊技术在低熔点合金制造领域体现出了巨大技术优势。该方法独有的固相连接特点，使得其在连接强度、变形与残余应力水平、抗腐蚀性能等各方面具有巨大优势。目前已被广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车、船舶、兵器等领域。其使用范围广泛，包括铝合金、镁合金、铜合金、铝基复合材料、以及传统熔化焊难以焊接的有色金属材料，甚至可适用于异种金属的焊接。传统的搅拌摩擦焊轴肩与搅拌针为一体设计，焊接时同时旋转，搅拌工具轴肩为平面，为了保证轴肩与工件的紧密贴合，接头基本设计为平板对接或搭接，或者是较小曲率半径下的工件焊接。这样，传统的搅拌摩擦焊方法无法应用于非平面或大曲率曲面。而在实际的结构中，大量存在角接、T型接头这类非平面或非近似平面的接头形式。静止轴肩搅拌摩擦焊方法为角接、T型接头提供了一种可行的技术方案。传统单轴肩搅拌摩擦焊方法从单侧施焊，在焊缝背面进行充分垫实，对于复杂结构件工装设计难度大，需对焊接结构严格装卡；传统单轴肩搅拌摩擦焊在板厚方向焊接温度梯度差异大，不同厚度区域的焊缝组织形态与性能有差异；同时，焊缝根部容易存在未焊透、弱连接等缺陷，如采用分别从正反两面进行单轴肩搅拌摩擦焊，可以消除未焊透、弱连接缺陷，但势必增加焊接工序，延长生产周期。双轴肩搅拌摩擦焊技术是一种全焊透技术，大大提升了生产效率，为上述问题的解决提供了可行的解决方案。本专利技术将静止轴肩搅拌摩擦焊方法与双轴肩搅拌摩擦焊方法的技术优势相结合，形成全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊方法，可以解决搅拌摩擦焊工装复杂、双面焊接效率低下、对接及角接的未焊透和弱连接问题，同时添加焊缝金属可以增强接头整体性能，降低角接接头应力集中，可适用于不等厚对接、填丝角接、T型接头等异性接头，为高质量、高适应性的搅拌摩擦焊过程提供了一种有效的技术手段。
技术实现思路
本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，包括双静止轴肩搅拌工具、搅拌针夹持端(2)、主轴基体(3)和工装夹具(8)，其中所述双静止轴肩搅拌工具含搅拌针(1)、静止上轴肩(5)和静止下轴肩(7)；所述搅拌针夹持端(2)夹持所述搅拌针(1)，并带动所述搅拌针(1)旋转搅拌动作；所述的搅拌针夹持端(2)静止固定在所述主轴基体(3)上；所述静止上轴肩(5)固定在所述主轴基体(3)上，所述静止下轴肩(7)固定于所述工装夹具(8)上，其中所述静止上轴肩(5)后沿设置有强制成型上板过渡圆角(9)，所述静止下轴肩(7)前沿按待焊母材(6)下板轮廓设置；所述待焊母材(6)沿焊缝方向相对于所述双静止搅拌工具以一定的焊接速度移动，并在静止上轴肩(5)和静止下轴肩(7)的约束下被顶锻，形成具有过渡圆角的搅拌摩擦焊焊缝。所述静止下轴肩(7)保证待焊母材(6)顺利进入，所述静止下轴肩(7)后沿保证焊缝成型平整，强制成型，以减弱焊缝的应力集中。优选的，所述静止上轴肩(5)前沿的焊缝未焊接前的母材上板轮廓位置(10)之间设置有填充材料入口，填充材料由静止上轴肩(5)的材料入口进入所述待焊母材(6)焊缝。优选的，填充材料预先放置在所述待焊母材(6)焊缝处。优选的，所述静止下轴肩(7)后沿在焊缝处设置有静止下轴肩后沿强制成型下板过渡圆角(11)。优选的，所述待焊母材(6)可以采用铝合金、镁合金、铜合金和铝基复合材料。优选的，所述搅拌工具可在外部施加压缩空气或者水雾冷却的方法进行冷却，或者通过在所述搅拌工具内部设置水冷系统进行冷却。优选的，所述搅拌工具采用高熔点材料制成，包括钨、钼及其合金、热作模具钢。优选的，所述待焊母材(6)接头形式为沿焊缝方向曲率保持恒定的对接、搭接、不等厚对接、角接、T型接头。优选的，其角焊缝的适用角度范围为60°-300°。一种全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊方法，其特征在于，采用全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊装置完成焊接，步骤一，所述搅拌针夹持端(2)带动所述搅拌针(1)进行高速旋转；步骤二，所述待焊母材(6)沿焊缝方向相对于所述搅拌工具以一定的焊接速度移动；步骤三，所述待焊母材(6)在所述搅拌针(1)的机械搅拌和摩擦热综合作用下使金属达到塑性状态；同时在静止上轴肩(5)和静止下轴肩(7)的约束下被顶锻，形成具有过渡圆角的搅拌摩擦焊焊缝。本专利技术的目的是将静止轴肩搅拌摩擦焊方法与双轴肩搅拌摩擦焊方法的技术优势相结合，形成全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊方法，解决搅拌摩擦焊工装复杂、双面焊接效率低下、对接及角接的未焊透和弱连接问题，同时添加焊缝金属可以增强接头整体性能，降低接头应力集中，可适用于不等厚对接、填丝角接、T型接头等异性接头。同时，采用双静止轴肩搅拌摩擦焊接方法实施焊接，轴肩静止不动，仅搅拌针旋转，可以保证焊缝表面和内部的相似的热输入，保证焊接质量在厚度方向的均匀性，为高质量、高适应性的搅拌摩擦焊过程提供一种有效的技术手段。附图说明图1所示为一种全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊方法焊接对接接头剖面示意图图2所示为一种全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊方法焊接对接接头填丝细节示意图图3所示为一种全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊方法焊接角接接头剖面示意图图4所示为一种全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊方法焊接对接接头剖面示意图其中，1为搅拌针，2为主轴搅拌针夹持端，3为主轴基体，4为固定螺栓，5为静止上轴肩，6为待焊母材，7为静止下轴肩，8为工装夹具，9为静止上轴肩后沿的强制成型上板过渡圆角，10为静止上轴肩前沿的焊缝未焊接前的母材上板轮廓位置，11为静止下轴肩后沿的强制成型下板过渡圆角，12为静止下轴肩前沿的焊缝未焊接前的母材下板轮廓位置，ω为主轴及搅拌针旋转速度，v为母材移动焊接速度，θ为角接接头夹角。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步的描述。实施例为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、构造特征及所达成目的及效果，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。实施方式一：如图1和图2，采用双静止轴肩搅拌工具及装置完成焊接，主要包括：双静止轴肩搅拌工具、搅拌针夹持端2、主轴基体3、固定螺栓4、工装夹具8及待焊母材6。其双静止轴肩搅拌工具至少包括搅拌针1、静止上轴肩5、静止下轴肩7。其中的静止上轴肩5前沿处设计有填充材料入口(静止上轴肩前沿边缘和焊缝未焊接前的母材上板轮廓位置10之间的预留空隙)，后沿设计有强制成型上板过渡圆角9，静止下轴肩前沿处按照焊缝未施焊前轮廓设计，保证待焊母材顺利进入，后沿应保证焊缝成型平整，强制成型，以减弱焊缝的应力集中。焊接时，只有搅拌针1高速旋转，而静止上、下轴肩5、7都静止，主轴内部的旋转部分夹持端2夹持着搅拌针1以旋转速度ω旋转，静止上轴肩5被固定螺栓4固定于静止的主轴基体3上不发生旋转，静止下轴肩7固定于工装夹具8上面保持静止，静止上、下轴肩5、7在待焊母材表面滑动，填充材料由上静止轴肩5的材料入口进入焊缝，而有且仅有待焊母材6沿焊缝方向相对于搅拌工具以一定的焊接速度v移动，待焊母材6及填充材料在搅拌针1的机械搅拌和摩擦热综合作用下使金属达到塑性状态，同时在静止上、下轴肩5、7的约束下被顶锻，形成具有过渡圆角的搅拌摩擦焊焊缝。如图3和图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，包括双静止轴肩搅拌工具、搅拌针夹持端(2)、主轴基体(3)和工装夹具(8)，其中所述双静止轴肩搅拌工具含搅拌针(1)、静止上轴肩(5)和静止下轴肩(7)；所述搅拌针夹持端(2)夹持所述搅拌针(1)，并带动所述搅拌针(1)旋转搅拌动作；所述的搅拌针夹持端(2)静止固定在所述主轴基体(3)上；所述静止上轴肩(5)固定在所述主轴基体(3)上，所述静止下轴肩(7)固定于所述工装夹具(8)上，其中所述静止上轴肩(5)后沿设置有强制成型上板过渡圆角(9)，所述静止下轴肩(7)前沿按待焊母材(6)下板轮廓设置；所述待焊母材(6)沿焊缝方向相对于所述双静止搅拌工具以一定的焊接速度移动，并在静止上轴肩(5)和静止下轴肩(7)的约束下被顶锻，形成具有过渡圆角的搅拌摩擦焊焊缝。

【技术特征摘要】
1.一种全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，包括双静止轴肩搅拌工具、搅拌针夹持端(2)、主轴基体(3)和工装夹具(8)，其中所述双静止轴肩搅拌工具含搅拌针(1)、静止上轴肩(5)和静止下轴肩(7)；所述搅拌针夹持端(2)夹持所述搅拌针(1)，并带动所述搅拌针(1)旋转搅拌动作；所述的搅拌针夹持端(2)静止固定在所述主轴基体(3)上；所述静止上轴肩(5)固定在所述主轴基体(3)上，所述静止下轴肩(7)固定于所述工装夹具(8)上，其中所述静止上轴肩(5)后沿设置有强制成型上板过渡圆角(9)，所述静止下轴肩(7)前沿按待焊母材(6)下板轮廓设置；所述待焊母材(6)沿焊缝方向相对于所述双静止搅拌工具以一定的焊接速度移动，并在静止上轴肩(5)和静止下轴肩(7)的约束下被顶锻，形成具有过渡圆角的搅拌摩擦焊焊缝。2.根据权利要求1所述的全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述静止上轴肩(5)与静止上轴肩前沿的焊缝未焊接前的母材上板轮廓位置(10)之间设置有填充材料入口，填充材料由静止上轴肩(5)的材料入口进入所述待焊母材(6)焊缝。3.如权利要求所述的全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述待焊母材(6)焊缝处预先放置填充材料。4.根据权利要求1所述的全焊透双静止轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述静止下轴肩(7)后沿在焊缝处设置有静止下轴肩后沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵慧慧，尹玉环，胡蓝，夏佩云，高嘉爽，宋学成，王志国，封小松，郭立杰，
申请(专利权)人：上海航天设备制造总厂有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31