一种塞入式匙孔修复搅拌摩擦焊方法技术

本发明专利技术公开了一种塞入式匙孔修复搅拌摩擦焊方法，包括以下步骤：步骤一：将金属板和聚合物板加工成需要的规格；步骤二：将金属板与聚合物板上下搭接置于焊接台上，并用夹具夹紧；步骤三：采用有针型搅拌头，已指定的旋转速度、焊接速度和第一轴肩下压量开始对板材进行焊接；步骤四：焊接结束后，将匙孔填充物置于焊缝末端的匙孔中；步骤五：采用无针型搅拌头，以指定的旋转速度、焊接速度和第二轴肩下压量开始对焊缝进行焊接修补；本发明专利技术通过在焊接后的匙孔处塞入与母材相同材质的匙孔填充物，再使用无针型搅拌头对匙孔处对已有焊缝进行再次焊接修补，提高了匙孔填补质量，解决了焊缝和匙孔周围出现飞边和孔洞等问题。匙孔周围出现飞边和孔洞等问题。匙孔周围出现飞边和孔洞等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种塞入式匙孔修复搅拌摩擦焊方法


[0001]本专利技术涉及搅拌摩擦焊焊接领域，具体涉及一种塞入式匙孔修复搅拌摩擦焊方法。

技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊是由英国焊接研究所专利技术的一项新型固相连接焊接技术。搅拌摩擦焊具有接头质量高，焊缝不出现热裂纹等缺陷的优点；焊接成本低，无需保护气体；与其他焊接技术相比，搅拌摩擦焊操作安全、无飞溅污染等，焊接过程中被焊件由于被刚性固定，焊后不易产生变形。目前，搅拌摩擦焊被广泛应用于传统焊难以焊接的同种或异种材料的连接，并广泛应用于汽车、列车、造船和航空航天领域。铝合金和聚合物异质结构是满足结构性能和轻量化设计的双重标准。因其密度小、强度高、腐蚀性能好的特点，广泛应用于航空航天、轨道交通和船舶制造等领域。
[0003]搅拌摩擦焊中由于搅拌针的存在，在完成焊接尾端处将留下一个与搅拌针形状类似的匙孔。匙孔的存在会引起弱连接和应力集中效应，降低了焊缝的力学性能，也降低了焊缝的有效宽度。目前，搅拌摩擦焊匙孔修复的方法有：引出法、铆接法、熔焊填补法、摩擦塞焊法和半消耗组合搅拌头的填充式搅拌摩擦塞补焊法，引出法只是将匙孔的位置进行了转移，并且造成了材料的损失；铆接法属于机械连接，工件之间较难密封；熔焊填补法工艺要求较高，焊接后易出现气孔、裂纹、变形等缺陷；摩擦塞焊法需使用专门的摩擦塞焊设备，成本较高；半消耗组合搅拌头的填充式搅拌摩擦塞补焊法需不断更换搅拌头中的消耗性针。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在匙孔填补质量差、焊缝和匙孔周围出现飞边和孔洞的问题，本专利技术提供了一种塞入式匙孔修复搅拌摩擦焊方法。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种塞入式匙孔修复搅拌摩擦焊方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一：将金属板和聚合物板加工成需要的规格；
[0007]步骤二：将所述金属板与聚合物板上下搭接置于焊接台上，并用夹具夹紧；
[0008]步骤三：采用有针型搅拌头，以指定的旋转速度、焊接速度和第一轴肩下压量开始对板材进行焊接；
[0009]步骤四：焊接结束后，将匙孔填充物置于焊缝末端的匙孔中，所述匙孔填充物分为两部分，上部分为与所述金属板材质相同的圆盘，下部分为与所述聚合物板材质相同的圆柱形棒，所述圆柱形棒用于插入匙孔中，所述圆盘的直径大于圆柱形棒的直径；
[0010]步骤五：采用无针型搅拌头，以指定的旋转速度、焊接速度和第二轴肩下压量开始对焊缝进行焊接修补
[0011]进一步的，所述步骤三中，有针型搅拌头的旋转速度范围为600
‑
1500r/min，焊接速度范围为30
‑
500mm/min，第一轴肩压量范围为0.1mm
‑
1mm。
[0012]进一步的，所述步骤三中，有针型搅拌头的搅拌针形状为圆柱形、圆锥形或带螺纹圆锥形。
[0013]进一步的，所述步骤三和步骤五中有针型搅拌头和无针型搅拌头的焊接机头倾角均为2
°‑5°
，且均在匙孔处停留5s
‑
20s。
[0014]进一步的，所述步骤四中，匙孔填充物上部分的圆盘上表面倾斜，下部分的圆柱形棒直径小于匙孔直径，且长度小于匙孔的轴向高度。
[0015]进一步的，所述步骤五中，无针型搅拌头的旋转速度范围为600
‑
1200r/min，焊接速度范围为30
‑
60mm/min，第二轴肩下压量范围为0.01mm
‑
0.1mm。
[0016]进一步的，所述步骤五中，无针型搅拌头的第二轴肩形貌为扇叶形。
[0017]进一步的，所述金属板为铝合金板。
[0018]本专利技术的塞入式匙孔修复搅拌摩擦焊方法，通过在焊接后的匙孔处塞入与母材相同材质的匙孔填充物，再使用无针型搅拌头对匙孔处对已有焊缝进行再次焊接修补，该方法操作简便，材料损失少，提高了匙孔填补质量，解决了焊缝和匙孔周围出现飞边和孔洞等问题
附图说明
[0019]图1为本专利技术金属板与聚合物板搅拌摩擦焊示意图；
[0020]图2为本专利技术匙孔形貌示意图；
[0021]图3为本专利技术匙孔填充物示意图；
[0022]图4为本专利技术无针型搅拌头的轴肩平面示意图。
[0023]图中：1、金属板；2、聚合物板；3、搅拌头；4、第一轴肩；5、搅拌针；6、匙孔；7、匙孔填充物；8、第二轴肩。
具体实施方式
[0024]本专利技术的一种塞入式匙孔修复搅拌摩擦焊方法，由图1至图4所示，包括以下步骤：
[0025]步骤一：将金属板1和聚合物板2加工成需要的规格；
[0026]步骤二：将所述金属板1与聚合物板2上下搭接置于焊接台上，金属板1置于聚合物板2的上方，并用夹具夹紧；
[0027]步骤三：采用有针型搅拌头3，以指定的旋转速度、焊接速度和第一轴肩4下压量开始对板材进行焊接，其中有针型搅拌头3的旋转速度范围为600
‑
1500r/min，焊接速度范围为30
‑
500mm/min，第一轴肩4下压量范围为0.1mm
‑
1mm；
[0028]步骤四：焊接结束后，将匙孔填充物7置于焊缝末端的匙孔6中，匙孔填充物7为T形结构，该结构分为两部分，上部分为与金属板1材质相同的圆盘，且圆盘上表面倾斜，下部分为与聚合物板2材质相同的圆柱形棒，圆柱形棒用于插入匙孔6中，圆盘的直径大于圆柱形棒的直径，圆柱形棒的直径小于匙孔直径0.1mm，长度小于匙孔的轴向高度。
[0029]步骤五：采用无针型搅拌头，以指定范的旋转速度、焊接速度和第二轴肩8下压量开始对焊缝进行焊接修补，其中无针型搅拌头3的旋转速度范围为600
‑
1200r/min，焊接速度范围为30
‑
60mm/min，第二轴肩8下压量范围为0.01mm
‑
0.1mm。
[0030]其中有针型搅拌头3的搅拌针5形状为圆柱形、圆锥形或带螺纹圆锥形，步骤三和
步骤五中有针型搅拌头3和无针型搅拌头的焊接机头倾角均为2
°‑5°
，且均在匙孔6处停留5s
‑
20s，机头的倾角导致匙孔内部有偏转角度，搅拌头的停留也会因轴肩作用有一定的塌陷，T形的匙孔填充物保证了匙孔内部的填充，上端有倾斜面的圆盘，避免了无针搅拌头倾角作用导致的匙孔填充位置塌陷，保证了匙孔内部与表面的填充；同时步骤五中，无针型搅拌头的第二轴肩8形貌为扇叶形，可以更好的促使塑性材料的流动，扇叶的形貌设计能将塑性材料聚拢，从而使匙孔填充更充分，匙孔填充物还可为粉末状材料，且金属板1可为铝合金板。
[0031]本专利技术通过在焊接后的匙孔处塞入与母材相同材质的匙孔填充物，再使用无针型搅拌头对匙孔处对已有焊缝进行再次焊接修补，该方法操作简便，材料损失少，匙孔修复成本低，提高了匙孔填补质量，解决了焊缝和匙孔周围出现飞边和孔洞等问题
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种塞入式匙孔修复搅拌摩擦焊方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将金属板(1)和聚合物板(2)加工成需要的规格；步骤二：将所述金属板(1)与聚合物板(2)上下搭接置于焊接台上，并用夹具夹紧；步骤三：采用有针型搅拌头(3)，以指定的旋转速度、焊接速度和第一轴肩(4)下压量对板材进行焊接；步骤四：焊接结束后，将匙孔填充物(7)置于焊缝末端的匙孔(6)中，所述匙孔填充物(7)分为两部分，上部分为与所述金属板(1)材质相同的圆盘，下部分为与所述聚合物板(2)材质相同的圆柱形棒，所述圆柱形棒用于插入匙孔(6)中，所述圆盘的直径大于圆柱形棒的直径；步骤五：采用无针型搅拌头，以指定的旋转速度、焊接速度和第二轴肩(8)下压量对焊缝进行焊接修补。2.根据权利要求1所述的一种塞入式匙孔修复搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述步骤三中，有针型搅拌头(3)的旋转速度范围为600
‑
1500r/min，焊接速度范围为30
‑
500mm/min，第一轴肩(4)下压量范围为0.1mm
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1mm。3.根据权利要求1所述的一种塞入式匙孔修复搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述步骤三中，有针型搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙屹博，张媛，赵兴，葛欣，邹丽，杨鑫华，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：