一种搅拌摩擦点焊焊缝及焊缝修复方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种搅拌摩擦点焊焊缝及焊缝修复方法及装置，所述焊缝截面呈上窄下宽的倒Ω形，其中所述焊缝的两侧壁为向内凸出的椭圆弧，底部为下凹的椭圆弧，所述两侧壁的椭圆弧分别与底部的椭圆弧两两相切并顺滑连接，所述焊接方法依次包括坡口加工，搅拌针接触坡口，热熔填充，反转退出，所述焊接装置依据焊接方法不同而设计。焊缝具有特殊的倒Ω形结构，使焊缝可与填充物紧密贴合，且其结构为上窄下宽式，使得焊件受力后焊缝填充物不易脱落，焊后表面有良好的机械力学性能及耐腐蚀性能。本发明专利技术可快速完成搅拌摩擦焊及缺陷修复，焊件受力后焊缝填充物不易脱落，保证焊后焊件表面具有良好的机械力学性能和耐腐蚀性能，结构简单，生产质量高，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌摩擦点焊焊缝及焊缝修复方法及装置


[0001]本专利技术涉及焊接
，具体涉及一种搅拌摩擦点焊焊缝及焊缝修复方法及装置。

技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding，FSW)是新型固相焊接技术。其焊接原理是高速旋转的搅拌头在轴向力的作用下，压入被连焊工件。由于摩擦力的作用，旋转搅拌头与被焊接工件直接接触产生热量，被焊工件的接触区域周围材料受热软化并发生塑性变形。在搅拌头保压回抽作用下，形成致密组织结构的焊点。与传统的熔焊、电阻点焊等连接技术相比，搅拌摩擦焊接的焊接接头质量有优异的机械性能，且焊接工具使用寿命长，耗能少，成本低，操作简单，同时工艺过程污染小，是一种经济、高效的“绿色焊接工艺”。
[0003]搅拌摩擦焊接的几种类型中，直插式点焊是目前在实际应用中使用最广泛的一种。这种类型的点焊在焊后会不可避免的留下“匙孔”缺陷，破坏了接头的完整，影响接头的耐蚀性能和力学性能，在一些重要的结构件上严重影响接头可靠性。因此在工程应用过程中，需要对缺陷进行修复。
[0004]为了避免出现匙孔缺陷，德国HZG研究中心(原GKSS)于1999年率先专利技术了回填式搅拌摩擦点焊工艺。这种工艺要求设备具有较高控制精度，而且设备的结构复杂，前期投入成本较大。此外，造成生产成本增加的还有容易磨损的部件一一搅拌头。
[0005]公开号为CN114406443A的中国专利申请公开了一种基于固态连接原理的搅拌摩擦焊匙孔修复方法，该方法具体为：设计分体式焊具，包括可消耗填充式焊柱、非消耗式轴肩、夹持体和紧固螺钉构成。首先，将焊具固定于搅拌摩擦焊刀柄并与焊缝匙孔缺陷在同一竖直轴线上，设定自动运行程序参数，使焊具缓慢旋转下压；其次，通过焊柱与匙孔摩擦生热，使其呈热塑性固态连接；最后在水平方向施加过载力，利用焊柱上的应力集中点剪断焊柱，填充匙孔缺陷。本方法可有效实现大厚板铝合金搅拌摩擦焊匙孔缺陷修复，成本低廉，焊后表面清晰完整，力学性能高，是一种创新高效解决搅拌摩擦焊匙孔缺陷的方式。但这种方法填补匙孔呈上宽下窄的倒锥形，填补材料易在受力时从匙孔中脱落，其缺陷修复后的焊缝可靠性无法保证。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种可快速完成搅拌摩擦焊及缺陷修复，焊件受力后焊缝填充物不易脱落，保证焊后焊件表面具有良好的机械力学性能和耐腐蚀性能，结构简单，生产质量高，成本低的搅拌摩擦点焊焊缝及焊缝修复方法及装置。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种搅拌摩擦点焊焊缝，包括在待焊铝合金板表面形成的焊缝，所述焊缝截面呈上窄下宽的倒Ω形，其中所述焊缝的两侧壁为向内凸出的椭圆弧，底部为下凹的椭圆弧，所述两侧壁的椭圆弧分别与底部的椭圆弧两两相切并顺滑连接，所述侧壁的椭圆弧和底部的
椭圆弧长径与短径的比例均为1.6～2∶1，设侧壁所在椭圆与底部所在椭圆中心连接线与水平方向的夹角为联锁角θ，所述联锁角θ为22
°
～26
°
。
[0009]进一步地，所述侧壁所在椭圆与底部所在椭圆完全相同，所述椭圆长径为3.6mm，短径为2mm，所述联锁角θ为25
°
。三个椭圆上下交错，其中处于上方的两个椭圆水平位置一致，形成焊缝两侧壁，处于下方的椭圆形成焊缝底部。
[0010]本专利技术还提供了一种搅拌摩擦点焊焊缝的修复方法，包括以下步骤：
[0011]S1、选取硬度和熔点均高于第一待焊铝合金板的金属材料作为第一搅拌针原料，第一待焊铝合金板包括原始焊缝；
[0012]S2、加工第一搅拌针，第一搅拌针的第一搅拌针头形状与焊缝形状相同；
[0013]S3、第一搅拌针高速旋转并与原始焊缝对准，使其处于同一竖直轴上后开始下压，第一搅拌针头的接触转速ω1‑0、轴向压入力F
y1
‑0均小于原始焊缝成形时的焊接转速ω0和轴向压入力F
y0
，接触第一待焊铝合金板表面后保持原位转动8～12s；
[0014]S4、第一搅拌针保持旋转并继续下压，其转速ω1‑1小于原始焊缝成形时的焊接转速ω0，轴向压入力F
y1
‑1大于原始焊缝成形时的轴向压入力F
y0
，第一搅拌针头填充焊缝；
[0015]S5、待第一搅拌针下压至预设深度，原位保持静止2～5s后反向转动向上退出第一搅拌针，其转速ω2‑2与第一搅拌针头的接触转速ω1‑0保持一致。
[0016]进一步地，S3中，所述第一搅拌针头的接触转速ω1‑0、轴向压入力F
y1
‑0均比原始焊缝成形时的焊接转速ω0和轴向压入力F
y0
小5％～10％。
[0017]进一步地，S4中，第一搅拌针的转速ω1‑1为原始焊缝成形时的焊接转速ω0的20％～40％，轴向压入力F
y1
‑1为原始焊缝成形时的轴向压入力F
y0
的1.2～1.5倍。
[0018]本专利技术还提供了一种用于搅拌摩擦点焊焊缝的修复方法的装置，所述第一搅拌针包括第一搅拌针头插入针、轴肩和第一搅拌针头，所述第一搅拌针头设置于第一搅拌针头插入针底部并与其键连接，所述第一搅拌针头表面光滑且顶部设置凹键，所述第一搅拌针头插入针向下贯穿轴肩并与轴肩螺纹连接，所述第一搅拌针头插入针底部设置与凹键匹配的凸键。第一搅拌针头的形状及尺寸均与焊缝相同，且第一搅拌针头优选受热不变形的材料制成，通过第一待焊铝合金板受热熔化变形，第一搅拌针头填充焊缝，第一搅拌针头插入针与第一搅拌针头分离，使第一搅拌针留置并固定于焊缝内，完成焊缝填充，由于焊缝本身结构与第一搅拌针头结构均为顺滑表面，使其能够与第一搅拌针头表面紧密贴合而不会留有缝隙，焊件受力后焊缝填充物不易脱落，可提高搅拌摩擦焊接质量，结构简单，操作便捷。
[0019]进一步地，所述第一搅拌针头插入针包括由上至下的螺纹连接头、圆台连接段、圆柱段和凸键，所述螺纹连接头为M10，高度h1‑1‑1为15mm，直径d1‑1‑1为10mm，所述圆柱段直径d1‑1‑3为5mm，所述圆台连接段锥度α为40
°
～50
°
，所述圆台连接段顶部和底部分别衔接螺纹连接头和圆柱段，所述圆台连接段的高度h1‑1‑2为3mm，所述凸键的深度δ1‑1‑4为0.5mm，所述轴肩由上至下包括圆柱形凸台、圆台衔接段和圆柱部，所述轴肩还包括贯穿圆柱形凸台、圆台衔接段和圆柱部的内螺纹孔，所述内螺纹孔与螺纹连接头螺纹匹配，且所述内螺纹孔底部为向外扩的斜口，所述斜口的锥度α1‑2‑5为30
°
～40
°
。第一搅拌针结构简单，易于制作，生产成本低。
[0020]本专利技术还提供了另一种搅拌摩擦点焊焊缝的修复方法，包括以下步骤：
[0021]S1、选取硬度和熔点均低于第二待焊铝合金板的金属材料制作第二搅拌针；
[0022]S2、在已存在原始焊缝的第二待焊铝合金板被补焊焊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦点焊焊缝，其特征在于：包括在待焊铝合金板表面形成的焊缝(3)，所述焊缝(3)截面呈上窄下宽的倒Ω形，其中所述焊缝(3)的两侧壁为向内凸出的椭圆弧，底部为下凹的椭圆弧，所述两侧壁的椭圆弧分别与底部的椭圆弧两两相切并顺滑连接，所述侧壁的椭圆弧和底部的椭圆弧长径与短径的比例均为1.6～2:1，设侧壁所在椭圆与底部所在椭圆中心连接线与水平方向的夹角为联锁角θ，所述联锁角θ为22
°
～26
°
。2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦点焊焊缝，其特征在于：所述侧壁所在椭圆与底部所在椭圆完全相同，所述椭圆长径为3.6mm，短径为2mm，所述联锁角θ为25
°
。3.一种如权利要求1所述的搅拌摩擦点焊焊缝的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选取硬度和熔点均高于第一待焊铝合金板(1
‑
4)的金属材料作为第一搅拌针原料，第一待焊铝合金板(1
‑
4)包括原始焊缝；S2、加工第一搅拌针，第一搅拌针的第一搅拌针头(1
‑
3)形状与焊缝(3)形状相同；S3、第一搅拌针高速旋转并与原始焊缝对准，使其处于同一竖直轴上后开始下压，第一搅拌针头(1
‑
3)的接触转速ω1‑0、轴向压入力F
y1
‑0均小于原始焊缝成形时的焊接转速ω0和轴向压入力F
y0
，接触第一待焊铝合金板(1
‑
4)表面后保持原位转动8～12s；S4、第一搅拌针保持旋转并继续下压，其转速ω1‑1小于原始焊缝成形时的焊接转速ω0，轴向压入力F
y1
‑1大于原始焊缝成形时的轴向压入力F
y0
，第一搅拌针头(1
‑
3)填充焊缝(3)；S5、待第一搅拌针下压至预设深度，原位保持静止2～5s后反向转动向上退出第一搅拌针，其转速ω2‑2与第一搅拌针头(1
‑
3)的接触转速ω1‑0保持一致。4.根据权利要求3所述的搅拌摩擦点焊焊缝的修复方法，其特征在于：S3中，所述第一搅拌针头(1
‑
3)的接触转速ω1‑0、轴向压入力F
y1
‑0均比原始焊缝成形时的焊接转速ω0和轴向压入力F
y0
小5％～10％。5.根据权利要求3所述的搅拌摩擦点焊焊缝的修复方法，其特征在于：S4中，第一搅拌针的转速ω1‑1为原始焊缝成形时的焊接转速ω0的20％～40％，轴向压入力F
y1
‑1为原始焊缝成形时的轴向压入力F
y0
的1.2～1.5倍。6.一种用于权利要求3
‑
5任一项所述的搅拌摩擦点焊焊缝的修复方法的装置，其特征在于：包括第一搅拌针，所述第一搅拌针包括第一搅拌针头插入针(1
‑
1)、轴肩(1
‑
2)和第一搅拌针头(1
‑
3)，所述第一搅拌针头(1
‑
3)设置于第一搅拌针头插入针(1
‑
1)底部并与其键连接，所述第一搅拌针头(1
‑
3)表面光滑且顶部设置凹键(1
‑3‑
1)，所述第一搅拌针头插入针(1
‑
1)向下贯穿轴肩(1
‑
2)并与轴肩(1
‑
2)螺纹连接，所述第一搅拌针头插入针(1
‑
1)底部设置与凹键(1
‑3‑
1)匹配的凸键(1
‑1‑
4)。7.根据权利要求6所述的用于搅拌摩擦点焊焊缝的修复方法的装置，其特征在于：所述第一搅拌针头插入针(1
‑
1)包括由上至下的螺纹连接头(1
‑1‑
1)、圆台连接段(1
‑1‑
2)、圆柱段(1
‑1‑
3)和凸键(1
‑1‑
4)，所述螺纹连接头(1
‑1‑
1)为M10，高度h1‑1‑1为15mm，直径d1‑1‑1为10mm，所述圆柱段(1
‑1‑
3)轴肩(1
‑
2)直径d1‑1‑3为5mm，所述圆台连接段(1
‑1‑
2)锥度α为40
°
～50
°
，所述圆台连接段(1
‑1‑
2)顶部和底部分别衔接螺纹连接头(1
‑1‑
1)和圆柱段(1
‑1‑
3)，所述圆台连接段(1
‑1‑
2)的高度h1‑1‑2为3mm，所述凸键(1
‑1‑
4)的深度δ1‑1‑4为0.5mm，所述轴肩(1
‑
2)由上至下...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志力，华林，余璐露，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：