本发明专利技术公开了一种预置焊丝的铝铜异种金属搅拌摩擦焊装置及焊接方法，通过在T型接头内角设置带倒角尺寸的角模具，提前放置预置焊丝，采用阶梯状搅拌头从壁板金属插透再入到筋板金属内部，来完成焊接过程，增加T型接头有效承载面积，改善倒角处材料流动，减少T接头缺陷，从而获得成型性及力学性能较好的焊接接头。头。头。
【技术实现步骤摘要】
一种预置焊丝的铝铜异种金属搅拌摩擦焊装置及焊接方法
[0001]本专利技术涉及搅拌摩擦焊接
，具体涉及一种预置焊丝的铝铜异种金属搅拌摩擦焊装置及焊接方法。
技术介绍
[0002]铝铜异质金属焊接常采用熔焊或搅拌摩擦焊的形式进行；在铝铜异质金属进行焊接时，由于铝和铜物理化学性质差别大、冶金相容性差，如果采用熔焊形式焊接，熔焊过程中会产生大量的脆性金属间化合物，易导致凝固缺陷，难以获得满足性能的接头。搅拌摩擦焊具有热输入低、焊接变形小等优点，应用于铝铜异质金属焊接，在一定程度上可以减小脆性金属间化合物厚度，可以解决熔焊时出现的产生大量的脆性金属间化合物，易导致凝固缺陷问题，提高力学性能。
[0003]其中，搅拌摩擦焊是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源。搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状（如带螺纹圆柱体）的搅拌针伸入工件的接缝处，通过搅拌头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化。同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。在焊接过程中，搅拌针在旋转的同时伸入工件的接缝中，旋转搅拌头与工件之间的摩擦热，使搅拌头周围的材料发生强烈塑性变形，然后随着搅拌头的移动，高度塑性变形的材料逐渐流动在搅拌头的背后，从而形成搅拌摩擦焊焊缝。
[0004]T型接头焊接是摩擦搅拌焊中用到的一种焊接技术，如图2所示，由壁板4和筋板5组成，将筋板与壁板以T字型结构进行焊接固定；T型接头的结构方式在不降低结构强度的同时，可承受多种方向的力，一定程度上减缓了材料的重量。但是，目前铝铜异种合金采用T型焊接时存在的问题是：T型接头内角为T型结构的外形突变处，也是应力集中处，其特殊结构和铝铜异种合金性能差异使其在搅拌摩擦焊过程中壁板4与筋板5内角过渡处容易出现虫洞、隧道、原始线弱连接（吻接）的缺陷，焊缝残余应力较大，严重制约了异种金属搅拌摩擦焊T接头在工程上的应用。
[0005]如在专利申请号为CN201610927471.6的专利技术专利中，公开了一种开槽的异种金属T型搅拌摩擦焊方法；该方法主要对筋条（相当于本方案中的筋板5）顶部加工成条状开口槽，开口槽内填充纯钛粉或TiN粉末，其主要目的是部分粉末与铝基反应，生成金属铝化物，部分粉末作为第二项粒子细化晶粒，提高焊核区组织和力学性能。但是该技术方案中存在以下问题：1、该技术方案中的搅拌头下方只设有轴肩与搅拌针两部分，搅拌针为侧壁带螺纹的圆台型，所以搅拌针的侧壁带有倾斜角度，其根部直径大于顶部直径，而在实际操作过程中，搅拌头整体还会有一定的倾斜，所以在搅拌针在下压过程中控制难度过大，很容易在下压过量后，搅拌针的根部超过筋条厚度，并于夹持筋条的刚性夹具 发生碰撞，从而损坏搅拌头寿命。
[0006]2、其次，该技术方案中的轴肩插入母材后，在旋转过程中产生大量飞边，飞边会导致薄板（相当于本方案中的壁板4）在焊接处的厚度变小，壁板焊接位置厚度变小也会降低
材料的焊接性能。
[0007]3、该技术方案中的轴肩部分距离T型接头的夹角位置过远，导致轴肩部分的摩擦热量不能有效传递到T型接头处，导致了T型接头夹角处热输入低，塑性流动差。
技术实现思路
[0008]根据现有技术的不足，本专利技术提供了一种预置焊丝的铝铜异种金属搅拌摩擦焊装置及焊接方法，通过在T型接头内角设置带倒角尺寸的角模具，提前放置预置焊丝，采用阶梯状搅拌头从壁板金属插透再入到筋板金属内部，来完成焊接过程，增加T型接头有效承载面积，改善倒角处材料流动，减少T接头缺陷，从而获得成型性及力学性能较好的焊接接头。
[0009]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种预置焊丝的铝铜异种金属搅拌摩擦焊装置，包括底座、搅拌头和角模具，所述底座中部设有筋板的固定工位；所述筋板的固定工位的两侧的底座上对称设有角模具，所述角模具通过固定装置与底座固定；所述角模具相对侧的顶部设有倒角；所述搅拌头由棱台状针，圆台状针，轴肩依次连接，形成阶梯状结构；所述搅拌头安装在搅拌摩擦焊设备上后，沿T型接头的焊接区域进行移动。
[0010]优选地，所述固定装置包括第一夹板、垫板和垫块；所述垫板叠放于底座表面；所述垫板位于角模具的外侧；所述垫板与第一夹板上穿设有螺栓；所述第一夹板分为夹板与压板；所述第一夹板的端部挤压贴合角模块的背部；所述压板压在壁板的表面。
[0011]优选地，所述固定装置的背部设有挡板；所述挡板的背部通过第二夹板挤压固定；所述第二夹板通过螺栓固定。
[0012]优选地，所述棱台状针与圆台状针为一体成型。
[0013]一种预置焊丝的铝铜异种金属搅拌摩擦焊焊接方法，使用上述中一种预置焊丝的铝铜异种金属搅拌摩擦焊装置焊接，其步骤如下：步骤1，对所述壁板与筋板的接触面以及角模具的倒角、预置焊丝进行清洗并打磨去除氧化层；步骤2，将筋板待焊面向上，垂直放置于筋板的固定工位，两侧用角模具夹持，控制角模具的上表面与筋板的上表面齐平，所述角模具通过固定装置与底座固定；步骤3，在所述筋板和所述角模具的倒角形成的间隙内放置焊丝，再将壁板待焊面向下，水平放置在所述筋板的顶部，并通过固定装置固定；步骤4，阶梯状搅拌头安装在搅拌摩擦焊设备上，搅拌头的轴中心与筋板厚度中心线重合，设置搅拌摩擦焊焊接参数并运行至待焊位置；步骤5，旋转的搅拌头插入待焊区起始位置，此时搅拌头从筋板插透进入筋板金属，达到热塑性状态后，搅拌头沿着筋板中心线开始移动，焊接过程中，原倒角间隙位置沿着焊缝形成坡面，直到终点位置结束焊接，抽出搅拌头，关闭搅拌摩擦焊设备；步骤6，待焊接位置冷却后松开固定装置，取下焊件，完成焊接过程。
[0014]优选地，所述圆台状针的直径L大于两个角模具之间的倒角外边F的间距0～3mm，圆台状针长度小于壁板厚度0.3～0.5mm;所述棱台状针的最大外切圆直径S小于两个角模具之间的倒角外边F的间距1～2mm；棱台状针的最小外切圆直径T小于筋板厚度1mm。
[0015]优选地，所述搅拌头从壁板上表面插入至筋板，旋转速度范围为200～2500rpm；所
述搅拌头轴中心与垂直放置的筋板中心重合，沿着筋板中心位置匀速行走，行走速度15～100mm/min，所述搅拌头下压0.2～0.5mm，搅拌头倾角2～3.5
°
。
[0016]优选地，所述搅拌头摩擦搅拌焊接过程中，轴肩的台面与壁板贴合。
[0017]优选地，所述壁板和筋板为铝合金或纯铜材质制成的异种金属板材；所述壁板和筋板的厚度为3～6mm。
[0018]优选地，所述焊丝成分为纯铝或铝合金。
[0019]优选地，所述角模具的倒角为45
°
。
[0020]本专利技术有益效果有以下几点：1、本专利技术利用棱台状针充分搅拌筋板金属并预置焊丝，完成角模具倒角间隙的填充成型，对T型结构夹角位置也进行了填充，使夹角位置形成坡面；实现了T接头角焊缝圆滑过渡，使T型接头沿壁板方向和筋板方向的力学性能得到提升。避免了虫洞、隧道、原始线弱连接的缺陷，降低了焊缝残余应力。
[0021]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种预置焊丝的铝铜异种金属搅拌摩擦焊装置，包括底座、搅拌头和角模具，其特征在于：所述底座中部设有筋板的固定工位；所述筋板的固定工位的两侧的底座上对称设有角模具，所述角模具通过固定装置与底座固定；所述角模具相对侧的顶部设有倒角；所述搅拌头由棱台状针，圆台状针，轴肩依次连接，形成阶梯状结构；所述搅拌头安装在搅拌摩擦焊设备上后，沿T型接头的焊接区域进行移动。2.根据权利要求1所述的一种预置焊丝的铝铜异种金属搅拌摩擦焊装置，其特征在于：所述固定装置包括第一夹板、垫板和垫块；所述垫板叠放于底座表面；所述垫板位于角模具的外侧；所述垫板与第一夹板上穿设有螺栓；所述第一夹板分为夹板与压板；所述第一夹板的端部挤压贴合角模块的背部；所述压板压在壁板的表面。3.根据权利要求2所述的一种预置焊丝的铝铜异种金属搅拌摩擦焊装置，其特征在于：所述固定装置的背部设有挡板；所述挡板的背部通过第二夹板挤压固定；所述第二夹板通过螺栓固定。4.根据权利要求1所述的一种预置焊丝的铝铜异种金属搅拌摩擦焊装置，其特征在于：所述棱台状针与圆台状针为一体成型。5.一种预置焊丝的铝铜异种金属搅拌摩擦焊焊接方法，使用如权利要求2所述的一种预置焊丝的铝铜异种金属搅拌摩擦焊装置焊接，其特征在于，其步骤如下：步骤1，对所述壁板与筋板的接触面以及角模具的倒角、预置焊丝进行清洗并打磨去除氧化层；步骤2，将筋板待焊面向上，垂直放置于筋板的固定工位，两侧用角模具夹持，控制角模具的上表面与筋板的上表面齐平，所述角模具通过固定装置与底座固定；步骤3，在所述筋板和所述角模具的倒角形成的间隙内放置焊丝，再将壁板待焊面...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘世玺，陈芙蓉，茹利利，赵波波，高云喜，
申请(专利权)人：包头职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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