一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法技术

本发明专利技术涉及焊接技术领域，具体公开了一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，本方法先用有针型焊接搅拌头对异种材料进行焊接再用无针型焊接搅拌头对焊缝进行焊接，实现了金属板和聚合物板的有效焊接，焊接操作简单，焊接投资降低，对环境要求较小，不会对环境产生任何污染，解决了金属物与聚合物搅拌摩擦焊接时受热分解产生气泡、孔洞以及焊接后产生毛刺飞边等问题，不仅可以得到外观美观的焊接接头，还保证了接头质量，提高了焊接效率。提高了焊接效率。提高了焊接效率。

【技术实现步骤摘要】
一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法


[0001]本专利技术涉及焊接


技术介绍

[0002]铝合金和聚合物异质结构由于其密度小、强度高、腐蚀性能好等特点，被广泛的应用于航空航天、轨道交通和船舶制造等领域，所以铝合金和聚合物可靠的连接是工程应用必须解决的问题，聚合物与铝合金之间由于物理和化学性能差异较大，会给焊接带来较大难度，所以大多使用搅拌摩擦焊接的方式对聚合物与铝合金进行焊接，搅拌摩擦焊接是一种新型的固相连接技术，具有高质量、变形小、热输入小等特点，因此能够实现铝合金、镁合金等同种和异种材料的有效焊接，搅拌摩擦焊受材料结构和物理化学性质影响很小，能够克服异种材料由于性能差异较大导致的焊接困难等问题，使其成为理想的连接铝合金和聚合物材料的方法。
[0003]搅拌摩擦焊接在焊接铝合金与聚合物的过程中，高速旋转的例如搅拌针插入到焊缝中，并沿着焊缝方向移动，搅拌针对焊接件的搅拌摩擦，使得焊接件的材料温度升高达到塑化状态，塑化的材料在搅拌针的作用下由搅拌针的前端流向后端，在搅拌工具的挤压下形成致密焊缝，在焊接过程中摩擦热部分产生于高速旋转的轴肩与被焊接件表面的摩擦界面，另一部分产生于搅拌针与被焊接件的摩擦，由于轴肩和搅拌针对材料的摩擦作用不同，促使材料流动不均匀，导致焊缝周围形成毛刺和飞边等缺陷，降低了接头的力学性能。针对上述存在的问题，研究设计一种新型的搅拌摩擦焊接方法，克服现有搅拌摩擦焊接中所存在的问题是十分必要的。

技术实现思路

[0004]为了解决现有的搅拌摩擦焊接存在的上述问题，本专利技术提供了一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，包括如下步骤：
[0006]S1.将金属板和聚合物板进行焊接前处理，将金属板与聚合物板加工成所需形状；
[0007]S2.将所述金属板与聚合物板置于搅拌摩擦焊接设备工作台上，并用夹紧机构夹紧所述金属板与聚合物板；
[0008]S3.安装有针型焊接搅拌头，确定轴肩下压量，并调节所述有针型焊接搅拌头的旋转速度；
[0009]S4.开始第一次焊接，控制所述有针型焊接搅拌头的搅拌针插入所述金属板中并停留一段时间后，以恒定焊接速度沿着焊接方向进行焊接，形成一条焊缝；
[0010]S5.完成第一次焊接后，将所述有针型焊接搅拌头抬起，待所述金属板与聚合物板冷却后，将所述有针型焊接搅拌头换为无针型焊接搅拌头，确定轴肩下压量，并调节所述无针型焊接搅拌头的旋转速度；
[0011]S6.开始第二次焊接，控制所述无针型焊接搅拌头对所述焊缝以恒定焊接速度再次进行焊接，直到完成焊接，将所述无针型焊接搅拌头抬起退出。
[0012]优选的，所述步骤S2中，将所述金属板与聚合物板搭接置于工作台上，所述金属板置于上方，所述聚合物板置于下方。
[0013]优选的，所述步骤S2中，所述夹紧机构包括夹具、压板和螺丝，所述压板压在所述金属板的两侧边缘处，所述夹具位于所述压板上方，所述夹具通过所述螺丝将所述压板下的所述金属板与聚合物板夹在工作台上。
[0014]优选的，所述步骤S3中，所述有针型焊接搅拌头的轴肩下压量范围为0.1mm
‑
1mm，所述有针型焊接搅拌头的旋转速度范围为1000
‑
1600r/min。
[0015]优选的，所述步骤S4中，所述有针型焊接搅拌头的搅拌针垂直插入所述金属板中，所述有针型焊接搅拌头停留时间为1
‑
5s。
[0016]优选的，所述步骤S4中，所述焊接速度的范围为30
‑
80mm/min。
[0017]优选的，所述步骤S5中，无针型焊接搅拌头的端面为平面，所述无针型焊接搅拌头垂直插入所述金属板中，所述无针型焊接搅拌头的轴肩直径大于所述有针型焊接搅拌头的轴肩直径
[0018]优选的，所述步骤S5中，所述无针型焊接搅拌头轴肩下压量的范围为0.1
‑
1mm。
[0019]优选的，所述步骤S6中，所述无针型焊接搅拌头的旋转速度范围为1000
‑
1600r/min，所述无针型焊接搅拌头焊接速度的范围为30
‑
80mm/min。
[0020]优选的，所述金属板为铝合金板。
[0021]本专利技术的一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，先用有针型焊接搅拌头进行焊接再用无针型焊接搅拌头对焊缝进行焊接，实现了金属板和聚合物板的有效焊接，焊接操作简单，焊接投资降低，对环境要求较小，不会对环境产生任何污染，解决了金属物与聚合物搅拌摩擦焊接时受热分解产生气泡、孔洞以及焊接后产生毛刺飞边等问题，不仅可以得到外观美观的焊接接头，还保证了接头质量，提高了焊接效率。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例金属板与聚合物板搅拌摩擦焊前装夹示意图；
[0023]图2是本专利技术实施例金属板与聚合物板使用有针型焊接搅拌头搅拌摩擦焊的工艺示意图；
[0024]图3是本专利技术实施例金属板与聚合物板使用无针型焊接搅拌头搅拌摩擦焊的工艺示意图。
[0025]图中：1、金属板，2、聚合物板，3
‑
1、有针型焊接搅拌头，3
‑
2、无针型焊接搅拌头，4、搅拌针，5、焊缝，6、夹具，7、压板，8、螺丝。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不能用来限制本专利技术的范围。
[0027]本专利技术的一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，包括如下步骤：
[0028]S1.将金属板1和聚合物板2进行焊接前处理，将金属板1与聚合物板2加工成所需
形状；
[0029]金属板1可以为铝合金板；
[0030]S2.将金属板1与聚合物板2置于搅拌摩擦焊接设备工作台上，如图1所示，用夹紧机构夹紧金属板1与聚合物板2；
[0031]金属板1与聚合物板2可以搭接置于工作台上，高速旋转的搅拌工具与被焊件的搅拌摩擦，使得被焊件的温度升高，考虑到温度过高，聚合物板2将发生过度熔化，所以可以将金属板1置于上方，聚合物板2置于下方，夹紧机构包括夹具6、压板7和螺丝8，压板7压在金属板1的两侧边缘处，夹具6位于压板7的上方，夹具6通过螺丝8将压板7下的金属板1与聚合物板2夹在工作台上；
[0032]S3.安装有针型焊接搅拌头3
‑
1，确定轴肩下压量，并调节有针型焊接搅拌头3
‑
1的旋转速度；
[0033]有针型焊接搅拌头3
‑
1的轴肩下压量范围可以为0.1mm
‑
1mm，有针型焊接搅拌头3
‑
1的旋转速度范围可以为1000
‑
1600r/min；
[0034]S4.如图2所示，开始第一次焊接，控制有针型焊接搅拌头3
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将金属板(1)和聚合物板(2)进行焊接前处理，将所述金属板(1)与聚合物板(2)加工成所需形状；S2.将所述金属板(1)与聚合物板(2)置于搅拌摩擦焊接设备工作台上，并用夹紧机构夹紧所述金属板(1)与聚合物板(2)；S3.安装有针型焊接搅拌头(3
‑
1)，确定轴肩下压量，并调节所述有针型焊接搅拌头(3
‑
1)的旋转速度；S4.开始第一次焊接，控制所述有针型焊接搅拌头(3
‑
1)的搅拌针(4)插入所述金属板(1)中并停留一段时间后，以恒定焊接速度沿着焊接方向进行焊接，形成一条焊缝(5)；S5.完成第一次焊接后，将所述有针型焊接搅拌头(3
‑
1)抬起，待所述金属板(1)与聚合物板(2)冷却后，将所述有针型焊接搅拌头(3
‑
1)换为无针型焊接搅拌头(3
‑
2)，确定轴肩下压量，并调节所述无针型焊接搅拌头(3
‑
2)的旋转速度；S6.开始第二次焊接，控制所述无针型焊接搅拌头(3
‑
2)对所述焊缝(5)以恒定焊接速度再次进行焊接，直到完成焊接，将所述无针型焊接搅拌头(3
‑
2)抬起退出。2.根据权利要求1所述的一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述步骤S2中，将所述金属板(1)与聚合物板(2)搭接置于工作台上，所述金属板(1)置于上方，所述聚合物板(2)置于下方。3.根据权利要求1所述的一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述夹紧机构包括夹具(6)、压板(7)和螺丝(8)，所述压板(7)压在所述金属板(1)的两侧边缘处，所述夹具(6)位于所述压板(7)上方，所述夹具(6)通过所述螺丝(8)将所述压板(7)下的所述金属板(1)与聚合物板(2)夹在工作台上。4.根据权利要求3所述的一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙屹博，张媛，于伟，孙亚强，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：