一种搅拌摩擦焊接装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及焊接领域，具体是一种搅拌摩擦焊接装置及方法，其包括搅拌头和TIG焊枪，搅拌头和TIG焊枪存在间距，TIG焊枪通过连接装置安装在搅拌头的行进方向上，TIG焊枪的行进方向与搅拌头的行进方向相同。本发明专利技术的有益效果是，本发明专利技术能够精准去除合金焊件表面氧化膜，能够有效促进金属塑性流动性，消除焊缝内部隧道孔洞、微孔洞及“S”线等缺陷，能够使焊缝组织分布更均匀，能够有效减少搅拌头磨损，能够有效提高接头室温拉伸性能、冲击韧性、耐腐蚀性能及抗疲劳性能。能及抗疲劳性能。能及抗疲劳性能。

A friction stir welding device and method

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌摩擦焊接装置及方法


[0001]本专利技术涉及焊接领域，具体是一种搅拌摩擦焊接装置及方法。

技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，FSW)是一种固相连接技术，与熔焊相比，FSW拥有焊缝裂纹倾向小、气孔敏感性低、焊接变形小、无飞溅、焊缝组织与母材组织相近、接头综合性能优异等特点，其被认为是焊接的最佳方法。
[0003]搅拌摩擦焊不仅可以获得综合性能优异的焊接接头，而且可以有效解决结构件轻量化问题，因此FSW逐步地应用在航天、航空、轨道交通和汽车等领域，以取代较为笨重的铆接件，提高能源利用率。
[0004]但是搅拌摩擦焊仍存在一定焊接质量问题。现有铝合金、镁合金和钛合金等合金，在自然条件下极易与氧气化合生成致密而难熔的氧化膜，这种氧化薄膜会在焊接过程中被破碎并被搅入焊缝，当焊缝金属流动性能较差时，易在焊核区中形成隧道孔洞、微孔洞及“S”线等缺陷。隧道孔洞、微孔洞缺陷是焊缝金属没有形成紧密连接的缺陷，该缺陷附近容易产生应力集中，降低接头力学性能。“S”线缺陷附近的金属只是因塑性变形而紧贴在一起，并没有达到原子间的结合，是一种塑性金属未融合现象，它会降低接头的综合力学性能。因此搅拌摩擦焊接过程中，常常需要清理焊件表面氧化膜及改善焊件塑性流动性能。
[0005]目前，对于合金表面氧化膜清理主要有两种方法：1)机械清理，通过机械刮削的方法，去除表面氧膜，但对氧化层的处理效果并不彻底，且容易损伤工件表面。2)化学清理，通过化学反应去除氧化膜，虽然清理效果比机械清理好，但工序复杂、效率低、污染环境。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是对于合金表面氧化膜清理效果差，为了解决该问题，本专利技术提供一种搅拌摩擦焊接装置及方法，其能够精准去除铝合金焊件表面氧化膜。
[0007]本专利技术的内容为一种搅拌摩擦焊接装置，包括搅拌头和TIG焊枪，搅拌头和TIG焊枪存在间距，TIG焊枪通过连接装置安装在搅拌头的行进方向上，TIG焊枪的行进方向与搅拌头的行进方向相同。
[0008]进一步地，还包括预热板，预热板位于搅拌头和TIG焊枪的下方，预热板与温度控制仪连接。
[0009]进一步地，所述的搅拌头和TIG焊枪之间设置保护气罩，保护气罩通过管路与惰性气体源连通，保护气罩的行进方向与搅拌头的行进方向相同。
[0010]进一步地，还包括冷却气罩，搅拌头位于冷却气罩和TIG焊枪之间，冷却气罩通过管路与冷却介质源连通，冷却气罩的行进方向与搅拌头的行进方向相同。
[0011]进一步地，所述的TIG焊枪能够沿与搅拌头的行进方向垂直的水平方向往复移动。
[0012]进一步地，所述的连接装置为移动机构，TIG焊枪与移动机构连接，移动机构能够驱动TIG焊枪沿搅拌头的行进方向移动。
[0013]一种搅拌摩擦焊接方法，包括以下步骤：
[0014]步骤一：将焊件装夹固定，焊件和TIG焊枪分别接TIG焊机的负极和正极；
[0015]步骤二：启动搅拌头，确保搅拌头嵌入焊件，并保持搅拌头稳定旋转，搅拌头主轴倾角设置为0
‑3°
，轴肩下压量设置为0
‑
0.5mm，焊接初始，搅拌头的停留时间设置为5
‑
15s；
[0016]步骤三：搅拌头焊接前进时，连接装置带动TIG焊枪移动，TIG焊枪的钨极离焊件距离设置为2
‑
3mm，焊接电流设置为4
‑
20A，焊枪气体流量设置为10
‑
15L/min；
[0017]步骤四：焊接完成后，将焊件放在空气中冷却。
[0018]进一步地，将焊件装夹固定在预热板上，启动搅拌头之前，启动预热板对焊件进行加热，待焊件到达设定温度后，通过温度控制仪对焊件进行保温。
[0019]进一步地，焊件到达设定温度后，向保护气罩内注入保护气体，保护气罩随搅拌头移动。
[0020]进一步地，搅拌头焊接前进后，向冷却气罩内注入冷却介质，冷却气罩随搅拌头移动。
[0021]本专利技术的有益效果是，本专利技术能够精准去除合金焊件表面氧化膜，能够有效促进金属塑性流动性，消除焊缝内部隧道孔洞、微孔洞及“S”线等缺陷，不易损伤工件表面，工序简单，效率高。
附图说明
[0022]附图1为本专利技术的结构示意图，图中省略了温度控制仪，图中箭头所指方向为焊接方向；
[0023]附图2为本专利技术的预热板与温度控制仪的结构示意图。
[0024]在图中，1、平板工装夹具 2、预热板 3、温度控制仪 4、焊件 5、搅拌头 6、保护气罩 7、TIG焊枪 8、冷却气罩。
具体实施方式
[0025]如附图1和图2所示，本专利技术公开了一种搅拌摩擦焊接装置，包括搅拌头5和TIG焊枪7，搅拌头5和TIG焊枪7存在间距，TIG焊枪7通过连接装置安装在搅拌头5的行进方向上，TIG焊枪7的行进方向与搅拌头5的行进方向相同。在TIG焊枪7焊接过程中，固态金属在剧烈搅拌时，除了表现出弹性和塑性特性外，也具有粘性特征。当合金焊件为阴极，钨极为阳极时，合金表面阴极斑点(电子流)能量密度高，且受到质量很大的氩正离子撞击，焊件表面的氧化膜在热和力的作用下破碎并蒸发从而被清除，由于合金的电子逸出功小于合金的电子逸出功，氧化膜表面更容易建立起电弧阴极斑点，因此电弧会“自动寻找”并精准清除氧化膜。这种结构能够精准去除合金焊件表面氧化膜，不易损伤工件表面，工序简单效率高，且能够有效促进金属塑性流动性，消除焊缝内部隧道孔洞、微孔洞及“S”线等缺陷，能够使焊缝组织分布更均匀，能够有效减少搅拌头磨损，能够有效提高接头室温拉伸性能、冲击韧性、耐腐蚀性能及抗疲劳性能。
[0026]还包括预热板2，预热板2位于搅拌头5和TIG焊枪7的下方，预热板2与温度控制仪3连接。搅拌摩擦焊接区固态金属流变模型可定义为圣维南塑性体，在材料塑性流动过程中其剪切应力τ不变，直至流动终止。若材料所受τ＜τ
s
时，则材料不发生流动；若材料所受τ＝
τ
s
时，材料则发生不可逆流动。通过预热板2对焊件的加热作用，能够使焊件τ
s
值降低，则材料更容易发生塑性流动，从而有效软化金属材料，提高材料塑性流动能力，使搅拌焊接时金属充分流动，减少焊缝内部隧道孔洞的产生，拓展工艺窗口，减少搅拌头5的摩擦损耗。预热板2为现有的能够发热的板。
[0027]所述的搅拌头5和TIG焊枪7之间设置保护气罩6，保护气罩6通过管路与惰性气体源连通，保护气罩6的行进方向与搅拌头5的行进方向相同。管路上可以设置保护气阀门，以控制惰性气体的流动。这种结构能够通过向保护气罩6内输送惰性气体，防止焊接产生的高温使合金焊件表面再次氧化，实现随焊随清随保护，能够有效减少成本，提高焊接效率。
[0028]还包括冷却气罩8，搅拌头5位于冷却气罩8和TIG焊枪7之间，冷却气罩8通过管路与冷却介质源连通，冷却气罩8的行进方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，包括搅拌头(5)和TIG焊枪(7)，搅拌头(5)和TIG焊枪(7)存在间距，TIG焊枪(7)通过连接装置安装在搅拌头(5)的行进方向上，TIG焊枪(7)的行进方向与搅拌头(5)的行进方向相同。2.如权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，还包括预热板(2)，预热板(2)位于搅拌头(5)和TIG焊枪(7)的下方，预热板(2)与温度控制仪(3)连接。3.如权利要求1或2所述的一种搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述的搅拌头(5)和TIG焊枪(7)之间设置保护气罩(6)，保护气罩(6)通过管路与惰性气体源连通，保护气罩(6)的行进方向与搅拌头(5)的行进方向相同。4.如权利要求1或2所述的一种搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，还包括冷却气罩(8)，搅拌头(5)位于冷却气罩(8)和TIG焊枪(7)之间，冷却气罩(8)通过管路与冷却气体源或水雾源连通，冷却气罩(8)的行进方向与搅拌头(5)的行进方向相同。5.如权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述的TIG焊枪(7)能够沿与搅拌头(5)的行进方向垂直的水平方向往复移动。6.如权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述的连接装置为移动机构，TIG焊枪(7)与移动机构连接，移动机构能够驱动TIG焊枪(7)沿搅拌头(5)的行进方向移动。7.一种搅拌摩擦焊接方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜胆，易铁，叶凌英，张勇，唐建国，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：