一种镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置及焊接方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置及焊接方法，包括：滚轮壳体、设置于所述滚轮壳体中的滚动轴、设置于所述滚轮壳体和所述滚动轴之间的轴承、设置于所述滚轮壳体两端的固定端盖以及设置于所述滚动轴两端的连接支架；所述连接支架对称设置，连接支架包括与所述滚动轴相连的连接板以及与所述连接板一端相连的半圆环板，所述连接支架的半圆环板相互收拢形成用于与搅拌摩擦焊机机头抱接的卡环。该装置用于安装至搅拌摩擦焊机机头上，在进行搅拌摩擦焊时，持续将待焊接对接表面压紧和压实，确保长直焊缝的焊接质量，提升焊缝区的耐腐蚀性能。焊缝区的耐腐蚀性能。焊缝区的耐腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
一种镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置及焊接方法


[0001]本专利技术涉及金属材料
，尤其涉及一种镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置及焊接方法。

技术介绍

[0002]镁合金因良好的阻尼减震吸冲和电磁屏蔽性能，较小的密度和高的比强度，被视为铝合金最具潜力的替代材料而被广泛应用在汽车、轨道交通等运输工具，以实现轻量化设计来提升运输能力和节能减排。镁合金传统连接方式主要为铆接和熔焊。采用铆接连接时，除了开孔增加制造成本和铆钉自重增加重量之外，铆接接头密封性较差，接头强度较低。采用熔焊连接时，极易在焊缝区形成低熔点共晶体、焊缝夹杂物、热裂纹、气孔和变形等问题，导致焊接接头力学性能和耐腐蚀性能急剧下降。为了解决镁合金铆接和熔焊存在的连接缺陷，搅拌摩擦焊接技术得到迅速发展并应用于镁合金连接。
[0003]搅拌摩擦焊接技术是一种新型固相、绿色环保的连接技术，能够实现镁合金的有效连接。然而，焊接接头各区域因经历的热机搅拌程度不同而导致组织结构存在明显差异。焊核区经历了最为强烈的热机搅拌而致使该区域发生了完全动态再结晶，形成细小的等轴再结晶晶粒。热机影响区经历了相对焊核区较轻微的热机搅拌而发生了不完全动态再结晶，最终在该区域形成了部分再结晶晶粒和变形晶粒的混合结构。热影响区仅仅经历了热循环作用，发生了析出相粗化和晶粒长大现象。焊接接头微观组织结构差异将致使镁合金搅拌摩擦焊接头力学和腐蚀性能下降。而且，焊接温度和应变率是影响晶粒尺寸和析出相演变的主要影响因素。焊接温度越高，高温停留时间相对越长，析出相越易发生粗化，而且越有利于动态再结晶发生，晶界迁移与扩散能力增强，晶粒越易长大；应变率越大，析出相易被切断而系细化，而且越利于位错繁殖与扩散，增加再结晶形核率，晶粒细化。因此，镁合金搅拌摩擦焊过程中，搅拌头转速和焊速选择是影响焊接接头质量的主要因素之一。
[0004]现有技术中，也有部分针对镁合金搅拌摩擦焊进行改进的方法，但是均基于常规转速和焊速，如公开号为CN102528268B的专利文件公开的一种增强接头力学性能的搅拌摩擦焊接工艺，该技术是在转速400～800转/分钟和焊速50～200毫米/分钟工艺下，通过在焊接过程中添加强制冷却介质急冷焊缝来提升接头力学性能。该技术对沉淀强化和细晶强化合金效果明显，对镁合金接头力学性能改善效果甚微，而且工艺复杂，一定程度上增加制造成本和污染环境。公开号为CN111730194A的专利文件公开了一种中厚镁合金板搅拌摩擦焊方法及其装置，该技术是在转速1200转/分钟和焊速100毫米/分钟工艺下，利用固定上轴肩，让下轴肩旋转运动的双轴肩方法提供热输入，厚度方向仍存在热输入不均匀性，且增加了搅拌头组装工序和焊后拆装困难风险。
[0005]因此，基于常规搅拌头来改善镁合金搅拌摩擦焊方法，以改善镁合金薄板搅拌摩擦焊接头力学性能和腐蚀性能，对于推进镁合金搅拌摩擦的工业应用和拓展镁合金结构件应用领域，具有极其重要的实用价值。

技术实现思路

[0006]针对上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置及焊接方法。
[0007]本专利技术实施例的第一方面提供一种镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置，包括：滚轮壳体、设置于所述滚轮壳体中的滚动轴、设置于所述滚轮壳体和所述滚动轴之间的轴承、设置于所述滚轮壳体两端的固定端盖以及设置于所述滚动轴两端的连接支架；所述连接支架对称设置，所述连接支架包括与所述滚动轴相连的连接板以及与所述连接板一端相连的半圆环板，所述连接支架的半圆环板相互收拢形成用于与搅拌摩擦焊机机头抱接的卡环。
[0008]可选地，所述滚动轴包括主体段和分别与所述主体段两端相连的连接段，所述主体段的中部沿周向设置有凸台，所述凸台的两侧分别设置有所述轴承，固定端盖和所述主体段之间分别设置有密封环。
[0009]可选地，所述连接板的另一端设置有安装孔，所述连接板和所述滚动轴通过穿过所述安装孔的第一螺钉锁紧。
[0010]可选地，所述固定端盖沿周向均布设置有多个沉孔，所述固定端盖通过穿过所述沉孔和所述滚轮壳体的第二螺钉锁紧。
[0011]可选地，所述固定端盖内设置有固定轴承的环形凸台和用于收容所述密封圈的环形凹槽。
[0012]该镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置用于安装至搅拌摩擦焊机机头上，在进行搅拌摩擦焊时，持续将待焊接对接表面压紧和压实，确保长直焊缝的焊接质量，提升焊缝区的耐腐蚀性能。
[0013]本专利技术另一方面还提供一种镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接方法，包括拌摩擦焊机和设置于搅拌摩擦焊机机头上的如上任意一项所述的镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置，所述方法包括以下步骤：
[0014]步骤a、对镁合金薄板对接面打磨；
[0015]步骤b、将打磨后的镁合金薄板固定在工作台上，采用镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置压紧待焊接对接表面；
[0016]步骤c、对镁合金薄板进行单道次高速搅拌摩擦焊接，其中搅拌摩擦焊机的搅拌头转速大于2000转/分钟，焊接速度大于500毫米/分钟。
[0017]可选地，所述步骤a中，对镁合金薄板打磨为采用砂纸对镁合金薄板对接面打磨，去除氧化物，并用钢刷或吹风机清除磨屑，所述镁合金薄板的厚度为1
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2毫米。
[0018]可选地，所述步骤b中，采用镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置压紧待焊接对接表面包括：根据搅拌头轴肩端面高度调整镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置的滚轮壳体的垂直位置，使滚轮壳体最低处轮廓线与轴肩端面位于统一高度；根据搅拌头的搅拌针中心线调整滚轮壳体的水平位置，使滚轮壳体垂直中心线与搅拌针中心线重合。
[0019]可选地，所述步骤c及步骤d中，所述镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置的滚轮壳体与被焊接镁合金薄板对接表面紧密接触并压紧。
[0020]可选地，所述步骤c中，拌摩擦焊机的搅拌头转速为3000
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8000转/分钟，焊接速度为500
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1000毫米/分钟，下压量为0.1
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0.2毫米，搅拌头的倾角为2
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4度，搅拌头的轴肩直径
为8
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12毫米；优选的，拌摩擦焊机的搅拌头转速为3000转/分钟，焊接速度为1000毫米/分钟，下压量为0.1毫米，搅拌头的倾角为2.5度，搅拌头的轴肩直径为10毫米。
[0021]本专利技术的镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接方法，采用高速搅拌摩擦焊接，不仅大大提高了搅拌头转速，还有效加快了焊接速度和减小了搅拌头轴肩直径，这将有助于在大范围内调整焊接热输入，调控焊缝接头成型特征。
[0022]配合选择高的转速、快的焊接速度、小的搅拌头直径、下压量、搅拌头倾角等工艺参数，并从中优选，得出较优的参数选择，使得到的镁合金薄板搅拌摩擦焊接接头成型美观，焊缝表面、背部和内部无缺陷；且焊态下焊接接头最大抗拉强度可达238.0MPa，为母材的93.1％；焊缝区自腐蚀电位可提升至
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置，其特征在于，包括：滚轮壳体、设置于所述滚轮壳体中的滚动轴、设置于所述滚轮壳体和所述滚动轴之间的轴承、设置于所述滚轮壳体两端的固定端盖以及设置于所述滚动轴两端的连接支架；所述连接支架对称设置，所述连接支架包括与所述滚动轴相连的连接板以及与所述连接板一端相连的半圆环板，所述连接支架的半圆环板相互收拢形成用于与搅拌摩擦焊机机头抱接的卡环。2.根据权利要求1所述的镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置，其特征在于，所述滚动轴包括主体段和分别与所述主体段两端相连的连接段，所述主体段的中部沿周向设置有凸台，所述凸台的两侧分别设置有所述轴承，固定端盖和所述主体段之间分别设置有密封环。3.根据权利要求1所述的镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置，其特征在于，所述连接板的另一端设置有安装孔，所述连接板和所述滚动轴通过穿过所述安装孔的第一螺钉锁紧。4.根据权利要求1所述的镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置，其特征在于，所述固定端盖沿周向均布设置有多个沉孔，所述固定端盖通过穿过所述沉孔和所述滚轮壳体的第二螺钉锁紧。5.根据权利要求1所述的镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置，其特征在于，所述固定端盖内设置有固定轴承的环形凸台和用于收容所述密封圈的环形凹槽。6.一种镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，包括拌摩擦焊机和设置于搅拌摩擦焊机机头上的如权利要求1至5任意一项所述的镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置，所述方法包括以下步骤：步骤a、对镁合金薄板对接面打磨；步骤b、将打磨后的镁合金薄板固定在工作台上，采用镁合金薄板高速搅拌摩擦焊接夹持装置压紧待焊接对接表面；步骤c、对镁合金薄板进行单道次高速搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘奋军，拓耀飞，孙志勇，姬妍，
申请(专利权)人：榆林学院，
类型：发明
国别省市：