一种靶材组件的无尾孔焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种靶材组件的无尾孔焊接方法，本发明专利技术采用可回抽的搅拌头在对环形焊缝进行一圈焊接完毕后，通过靶材组件的往复旋转以及搅拌针回抽的配合，形成折线折线形焊接轨迹，利用往复焊接将搅拌针抽出留下的尾孔通过周围可流动的塑性金属进行弥补，从而达到消除尾孔的目的。本发明专利技术不需要中途退刀增加延长板，因此可一步成型进行连续焊接消除尾孔，提高环形靶材组件环形焊缝的外观质量和焊接效率。

【技术实现步骤摘要】
一种靶材组件的无尾孔焊接方法
本专利技术属于靶材焊接
，具体涉及一种靶材组件的无尾孔焊接方法。
技术介绍
靶材组件是由符合溅射性能的靶盘、用于固定的背板组成，靶材负责溅射用的主材，背板是作为安装用的辅材，在现有技术中有的溅射靶材为一体成型，制作时需要一块较大原材料制成，原材料的成本极其高。因此大部分都是选择安装用的负载为其它成本低的铝材料与溅射靶盘焊接成为一体结构。搅拌摩擦焊是指利用高速旋转的焊具与工件摩擦产生的热量使被焊材料局部熔化，当焊具沿着焊接界面向前移动时，被塑性化的材料在焊具的转动摩擦力作用下由焊具的前部流向后部，并在焊具的挤压下形成致密的固相焊缝。利用搅拌摩擦焊接靶材也是近年来常用的选择。但是搅拌摩擦焊在退刀时容易流出尾孔，为了消除尾孔现有技术大部分采用增加延长板进行二次焊接，不仅影响焊缝外观质量还导致工序复杂影响加工效率。
技术实现思路
针对以上存在的技术问题，本专利技术提供一种靶材组件的无尾孔且能连续的搅拌摩擦焊接方法。本专利技术的技术方案为：一种靶材组件的无尾孔焊接方法，括以下步骤：S1：将靶材圆盘和辅材圆环的待焊接表面进行清理，然后分别完成装夹并使得待焊接面重合，并形成含有环形待焊缝的靶材组件；S2：确定环形待焊缝上的启焊点，预设焊接参数，搅拌头以一定初始转速和压入速度沿环形待焊缝的径向方向压入，直至搅拌针插入到靶材圆盘和辅材圆环之间，当搅拌针插入预设深度时轴肩与靶材圆盘和辅材圆环侧面相接触；S3：调整搅拌头的旋转速度，轴肩和搅拌针位置保持不变，驱动靶材圆盘和辅材圆环同步围绕中轴线匀速旋转，此时搅拌针与环形待焊缝形成相对运动进行搅拌摩擦焊接，当靶材圆盘和辅材圆环旋转360度时，搅拌针与启焊点再次重合，完成初步焊接；S4：同步调整靶材圆盘和辅材圆环同步旋转速度，以起焊点为中心呈一定角度往复旋转，同时依次向外回抽搅拌针直至完全抽没，搅拌针形成折线形轨迹，因此启焊点周围的塑性金属逐步注入因搅拌针退出留出的尾孔，得到焊接完成的靶材组件；S5：对焊接完成的靶材组件表面进行表面抛光处理，即得到成品靶材组件。进一步地，该方法使用的装置包括立式工作台、搅拌头、驱动装置和控制装置，立式工作台设有分别用于夹持靶材圆盘、辅材圆环的第一夹卡盘、第二夹卡盘，第一夹卡盘和第二夹卡盘上下相对且位于同一中轴线上，搅拌头包括轴肩和设在轴肩内可自由抽动的搅拌针；驱动装置包括用于驱动第一夹卡盘、第二夹卡盘进行旋转的第一正反转减速电机、第二正反转减速电机，以及用于驱动第二夹卡盘升降以调节与第一夹卡盘之间距离的升降机构，还包括用于驱动搅拌头旋转、进退、平移、升降的带有回抽式电主轴的摩擦焊机头；控制装置用于设置驱动装置进行旋转、平移或升降及焊接参数的调节。进一步地，S2中预设焊接参数包括搅拌头的旋转速度和压入速度、搅拌针的回抽速度、靶材圆盘和辅材圆环的旋转速度和往复旋转角度。进一步地，S2中搅拌头的初始转速为850-950r/min，压入速度分别为7-9mm/min。搅拌头以较低初始转速压入可防止搅拌针断裂。进一步地，S3中搅拌头的旋转速度为1250-1400r/min，靶材圆盘和辅材圆环的旋转速度为100-110mm/min。在压入到靶材圆盘和辅材圆环之间后，提高搅拌头的旋转速度，利于快速将环形待焊缝两边的金属层加热成为塑性金属从而利于焊接，与靶材圆盘和辅材圆环的旋转速度形成配合完成首次焊接，以提高焊缝质量和速率。进一步地，S4中靶材圆盘和辅材圆环调整后的旋转速度为125-135mm/min，靶材圆盘和辅材圆环的往复旋转的角度为15-30度，搅拌针的回抽速率为3-5mm/min。在进行收尾焊接时，将靶材圆盘和辅材圆环的转速调整略高于首次焊接的转速，可以提高摩擦搅拌时的塑性金属的流动性，用于逐层弥补搅拌针回抽形成的尾孔。靶材圆盘和辅材圆环的往复旋转的角度如果过小则搅拌针焊接行程短，容易造成局部塑性金属堆积进而影响焊缝外观质量，而复旋转的角度如果过大则搅拌针焊接行程长，重复焊接段过多，离启焊点留下的尾孔距离远，塑性金属易冷却流动性差，不能很好弥补搅拌针回抽形成的尾孔，焊影响焊缝外观质量。搅拌针的回抽速率同理，如果回抽速率过小则因为导致重复搅拌过多，造成局部塑性金属堆积影响焊缝外观质量，而回抽速率过大则会导致周围塑性金属不足以弥补尾孔，也会影响焊缝外观质量。进一步地，升降机构为液压自动升降柱，液压自动升降柱与控制装置电性连接，安装在立式工作台上端，第二正反转减速电机和第二夹卡盘依次连接在液压自动升降柱的下端面。进一步地，液压自动升降柱在焊接过程中为靶材圆盘和辅材圆环施加2-4Mpa的外压力。压力过大则会导致靶材变形，压力过小则会导致焊接时出现松动导致焊缝外观不良。本专利技术的有益效果为：采用本专利技术的装置以及焊接方法能够消除靶材组件外观尾孔现象，相较于传统焊接方法需要进行退刀，利用增加延长板消除尾孔的方式，本专利技术的焊接方法采用可回抽的搅拌头在对环形焊缝进行一圈焊接完毕后，通过靶材组件的往复旋转以及搅拌针回抽的配合，形成折线折线形焊接轨迹，利用往复焊接将搅拌针抽出留下的尾孔通过周围可流动的塑性金属进行弥补，从而达到消除尾孔的目的。本专利技术不需要中途退刀增加延长板，因此可一步成型进行连续焊接消除尾孔，提高环形靶材组件环形焊缝的外观质量和焊接效率。附图说明图1是本专利技术的方法使用装置的整体结构示意图；图2是本专利技术靶材圆盘和辅材圆环扣合的主视图；图3是本专利技术靶材圆盘和辅材圆环扣合的附视图；图4是本专利技术靶材圆盘和辅材圆环扣合的纵剖图；图5是本专利技术的搅拌头的结构示意图；图6是本专利技术收尾焊接时的工作原理示意图；图7是图6中在A点时焊接面与搅拌针的位置关系示意图；图8是图6中在B点时焊接面与搅拌针的位置关系示意图；图9是图6中在C点时焊接面与搅拌针的位置关系示意图；图10是图6中在D点时焊接面与搅拌针的位置关系示意图；图11是传统收尾焊接时的工作原理示意图。其中，1-立式工作台、2-搅拌头、3-驱动装置、4-控制装置、5-靶材圆盘、6-辅材圆环、7-第一夹卡盘、8-第二夹卡盘、9-轴肩、10-搅拌针、11-第一正反转减速电机、12-第二正反转减速电机、13-升降机构、14-摩擦焊机头、15-环形待焊缝、16-焊接面、17-折线形轨迹、18-传统搅拌头、19-延长板。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。本实施例提供了一种靶材组件的无尾孔焊接方法，其中，靶材组件包括5NAI-0.5％Cu材质的靶材圆盘5和A6061T6材质的辅材圆环6。如图1所示，该方法使用的装置包括立式工作台1、搅拌头2、驱动装置3和控制装置4，立式工作台1设有分别用于夹持靶材圆盘5、辅材圆环6的第一夹卡盘7、第二夹卡盘8，第一夹卡盘7和第二夹卡盘8上下相对且位于同一中轴线上，如图5所示，搅拌头2包括轴肩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种靶材组件的无尾孔焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：将靶材圆盘(5)和辅材圆环(6)的待焊接表面进行清理，然后分别完成装夹并使得待焊接面重合，并形成含有环形待焊缝(15)的靶材组件；/nS2：确定环形待焊缝(15)上的启焊点，预设焊接参数，搅拌头(2)以一定初始转速和压入速度沿所述环形待焊缝(15)的径向方向压入，直至搅拌针(10)插入到靶材圆盘(5)和辅材圆环(6)之间，当搅拌针(10)插入预设深度时轴肩(9)与靶材圆盘(5)和辅材圆环(6)侧面相接触；/nS3：调整搅拌头(2)的旋转速度，轴肩(9)和搅拌针(10)位置保持不变，驱动靶材圆盘(5)和辅材圆环(6)同步围绕中轴线匀速旋转，此时搅拌针(10)与环形待焊缝(15)形成相对运动进行搅拌摩擦焊接，当靶材圆盘(5)和辅材圆环(6)旋转360度时，搅拌针(10)与启焊点再次重合，完成初步焊接；/nS4：同步调整靶材圆盘(5)和辅材圆环(6)同步旋转速度，以起焊点为中心呈一定角度往复旋转，同时依次向外回抽搅拌针(10)直至完全抽没，搅拌针(10)形成折线形轨迹(17)，因此启焊点周围的塑性金属逐步注入因搅拌针(10)退出留出的尾孔，得到焊接完成的靶材组件；/nS5：对焊接完成的靶材组件表面进行表面抛光处理，即得到成品靶材组件。/n...

【技术特征摘要】
1.一种靶材组件的无尾孔焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将靶材圆盘(5)和辅材圆环(6)的待焊接表面进行清理，然后分别完成装夹并使得待焊接面重合，并形成含有环形待焊缝(15)的靶材组件；
S2：确定环形待焊缝(15)上的启焊点，预设焊接参数，搅拌头(2)以一定初始转速和压入速度沿所述环形待焊缝(15)的径向方向压入，直至搅拌针(10)插入到靶材圆盘(5)和辅材圆环(6)之间，当搅拌针(10)插入预设深度时轴肩(9)与靶材圆盘(5)和辅材圆环(6)侧面相接触；
S3：调整搅拌头(2)的旋转速度，轴肩(9)和搅拌针(10)位置保持不变，驱动靶材圆盘(5)和辅材圆环(6)同步围绕中轴线匀速旋转，此时搅拌针(10)与环形待焊缝(15)形成相对运动进行搅拌摩擦焊接，当靶材圆盘(5)和辅材圆环(6)旋转360度时，搅拌针(10)与启焊点再次重合，完成初步焊接；
S4：同步调整靶材圆盘(5)和辅材圆环(6)同步旋转速度，以起焊点为中心呈一定角度往复旋转，同时依次向外回抽搅拌针(10)直至完全抽没，搅拌针(10)形成折线形轨迹(17)，因此启焊点周围的塑性金属逐步注入因搅拌针(10)退出留出的尾孔，得到焊接完成的靶材组件；
S5：对焊接完成的靶材组件表面进行表面抛光处理，即得到成品靶材组件。


2.如权利1所述的一种靶材组件的无尾孔焊接方法，其特征在于，该方法使用的装置包括立式工作台(1)、搅拌头(2)、驱动装置(3)和控制装置(4)，
所述立式工作台(1)设有分别用于夹持靶材圆盘(5)、辅材圆环(6)的第一夹卡盘(7)、第二夹卡盘(8)，所述第一夹卡盘(7)和第二夹卡盘(8)上下相对且位于同一中轴线上，
所述搅拌头(2)包括轴肩(9)和设在所述轴肩(9)内可自由抽动的搅拌针(10)；

【专利技术属性】
技术研发人员：张晶，
申请(专利权)人：宁波晶成机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33