一种搅拌针与轴肩逆向旋转的搅拌摩擦焊接方法技术

一种搅拌针与轴肩逆向旋转的搅拌摩擦焊接方法，它涉及一种搅拌摩擦方法。本发明专利技术解决了现有的搅拌摩擦焊接方法存在温度场、接头组织和残余应力分布的不对称，导致接头性能不对称，降低了焊接结构的承载能力的问题。将第一被焊工件和第二被焊工件对接装夹在工作台上；搅拌针以１００～３０００转／分的转速扎入待焊部位；搅拌头的轴肩的旋转方向与搅拌针的旋转方向相反，搅拌头的轴肩的转速与搅拌针的转速相同；当搅拌头达到设定的下扎深度时，搅拌头以１００～５０００ｍｍ／分的速度沿焊缝方向移动。本发明专利技术的搅拌针和轴肩对被焊材料流动的驱动力作用方向相反，降低了搅拌摩擦焊接头组织与性能的不对称性，提高了搅拌摩擦焊接头的力学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种搅拌摩擦焊接方法。
技术介绍
搅拌摩擦焊是一种新型的固相连接技术，克服了熔焊方法容易产生裂纹和气孔等 焊接缺陷的问题，使得以往难于熔焊的某些材料实现了优质焊接，并一举成为铝、镁及其合 金的首选焊接方法。然而，现有的搅拌摩擦焊搅拌头两侧的材料流动行为存在一定差异，前 进侧搅拌头相对于被焊材料的线速度是搅拌头旋转线速度与焊接速度之和，而后退侧搅拌 头相对于被焊材料的线速度是搅拌头旋转线速度与焊接之差。此外，搅拌针对前进侧的材 料是一种“削”的作用，而对后退侧材料则是一种“抹”的作用，即搅拌针首先从前进侧“削” 下材料，然后“抹”到后退侧，这就造成了搅拌头两侧的材料流动相对于焊缝中心线不对称。 这种材料流动的不对称造成了搅拌摩擦焊接温度场、接头组织和残余应力分布的不对称， 最终导致接头性能不对称，从而降低焊接结构的承载能力。为了解决这种不对称问题，国外有人提出了搅拌头周期性换向转动的搅拌摩擦焊 接方法，即每隔一段时间改变一次旋转方向，但这种焊接方法所形成的焊缝在每一个旋转 周期的区域内仍然是不对称的。同时，这种方法在换向过程中存在短暂的停车，即在正传和 反转的转换过程中会出现搅拌头转速为零的现象，导致接头性能不对称，降低了焊接结构 的承载能力。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的搅拌摩擦焊接方法存在温度场、接头组织和残余应力分布 的不对称，导致接头性能不对称，降低了焊接结构的承载能力的问题，进而提出一种搅拌针 与轴肩逆向旋转的搅拌摩擦焊接方法。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是本专利技术的搅拌针与轴肩逆向旋转的搅拌摩擦焊接方法是按照以下步骤实现的 步骤一、将第一被焊工件和第二被焊工件对接设置且二者位于同一水平面上(即将第 一被焊工件和第二被焊工件组对)，并用夹具装夹在工作台上；所述第一被焊工件和第二被 焊工件均为板材；步骤二、搅拌头的搅拌针以100 3000转/分的转速扎入待焊部位(即第一被焊工件 和第二被焊工件的对接面)；搅拌头的轴肩的旋转方向与搅拌针的旋转方向相反，搅拌头的 轴肩的转速与搅拌针的转速相同；搅拌头扎入速度为1 5mm/分钟，搅拌针扎入工件深度 比工件厚度小0 0. 5mm，轴肩扎入工件的深度为0 0. 5mm ；步骤三、当搅拌头达到设定的下扎深度时，搅拌头以100 5000mm/分的速度沿第一被 焊工件和第二被焊工件的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。本专利技术的有益效果是一、搅拌针和轴肩对被焊材料流动的驱动力作用方向相反，两股反向流动会发生一定3程度的中和，从而降低搅拌摩擦焊接头组织与性能的不对称性，提高搅拌摩擦焊接头的力 学性能，提高了焊接结构的承载能力；二、搅拌针和轴肩对被焊材料的扭矩作用方向相反，发生一定程度的抵消，从而降低搅 拌头整体对被焊材料的扭矩作用，有利于降低装夹要求，提高生产效率。附图说明图1是搅拌头的结构示意图(搅拌头3由搅拌针1与轴肩2组成)；图2是搅拌针 与轴肩逆向旋转的搅拌摩擦焊接过程示意图；图3是搅拌摩擦焊接过程搅拌头与两块待焊 板材的位置关系图。具体实施例方式具体实施方式一如图1 3所示，本实施方式所述的一种搅拌针与轴肩 逆向旋转的搅拌摩擦焊接方法是按照以下步骤实现的步骤一、将第一被焊工件4和第二被焊工件5对接设置且二者位于同一水平面上(即将 第一被焊工件4和第二被焊工件5组对)，并用夹具装夹在工作台上；所述第一被焊工件4 和第二被焊工件5均为板材；步骤二、搅拌头3的搅拌针1以100 3000转/分的转速 ⑩扎入待焊部位(即第一被焊工件4和第二被焊工件5的对接面);搅拌头3的轴肩2的旋转方向与搅拌针1的旋转方向相反，搅拌头3的轴肩2的转速@与搅拌针1的转速 相同；搅拌头3扎入速度为1 5mm/分钟，搅拌针1扎入工件深度Hl比工件厚度T小0 0. 5mm,轴肩2扎入工件的深度H2为0 0. 5mm ；步骤三、当搅拌头3达到设定的下扎深度时，搅拌头3以100 5000mm/分的速度沿第 一被焊工件4和第二被焊工件5的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。搅拌头3由搅拌针1与轴肩2组成，轴肩2套装在搅拌针1上，搅拌针1的旋转方 向与轴肩2的旋转方向相反，但搅拌头3由搅拌针1的旋转速度大小相等。具体实施方式二 本实施方式在步骤二中，所述搅拌针1的转速为200 2500 转/分。可以根据第一被焊工件4和第二被焊工件5的具体情况选择轴肩的旋转速度< ， 以减小搅拌头下扎和前进阻力。其它步骤与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式在步骤二中，所述的搅拌头3扎入速度为2 4mm/ 分钟。可以根据第一被焊工件4和第二被焊工件5的具体情况选择搅拌头3的扎入速度， 使搅拌头易于扎入被焊工件。其它步骤与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四本实施方式在步骤二中，所述的搅拌针1扎入工件的深度Hl比 工件厚度τ小0. 3mm。可以根据第一被焊工件4和第二被焊工件5的具体情况选择搅拌针 1的扎入深度，以增加焊缝强度。其它步骤与具体实施方式一相同。具体实施方式五本实施方式在步骤二中，所述的轴肩2扎入工件的深度H2为 0. 1 0. 3mm。可以根据第一被焊工件4和第二被焊工件5的具体情况选择轴肩2的扎入 深度，以增加接头强度。其它步骤与具体实施方式三相同。具体实施方式六本实施方式在步骤三中，所述的搅拌头3以500 2500mm/分的速度沿水平方向移动。可以根据第一被焊工件4和第二被焊工件5的具体情况选择搅拌头 3的水平移动速度，以增加接头强度。其它步骤与具体实施方式一相同。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种搅拌针与轴肩逆向旋转的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述搅拌摩擦焊接方法是按照以下步骤实现的：步骤一、将第一被焊工件（４）和第二被焊工件（５）对接设置且二者位于同一水平面上（即将第一被焊工件（４）和第二被焊工件（５）组对），并用夹具装夹在工作台上；所述第一被焊工件（４）和第二被焊工件（５）均为板材；步骤二、搅拌头（３）的搅拌针（１）以１００～３０００转／分的转速（ω）扎入待焊部位（即第一被焊工件（４）和第二被焊工件（５）的对接面）；搅拌头（３）的轴肩（２）的旋转方向与搅拌针（１）的旋转方向相反，搅拌头（３）的轴肩（２）的转速（ω↓［１］）与搅拌针（１）的转速（ω）相同；搅拌头（３）扎入速度为１～５ｍｍ／分钟，搅拌针（１）扎入工件深度（Ｈ１）比工件厚度（Ｔ）小０～０．５ｍｍ，轴肩（２）扎入工件的深度（Ｈ２）为０～０．５ｍｍ；步骤三、当搅拌头（３）达到设定的下扎深度时，搅拌头（３）以１００～５０００ｍｍ／分的速度沿第一被焊工件（４）和第二被焊工件（５）的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。

【技术特征摘要】
一种搅拌针与轴肩逆向旋转的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于所述搅拌摩擦焊接方法是按照以下步骤实现的步骤一、将第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)对接设置且二者位于同一水平面上(即将第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)组对)，并用夹具装夹在工作台上；所述第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)均为板材；步骤二、搅拌头(3)的搅拌针(1)以100～3000转/分的转速()扎入待焊部位(即第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)的对接面)；搅拌头(3)的轴肩(2)的旋转方向与搅拌针(1)的旋转方向相反，搅拌头(3)的轴肩(2)的转速()与搅拌针(1)的转速()相同；搅拌头(3)扎入速度为1～5mm/分钟，搅拌针(1)扎入工件深度(H1)比工件厚度(T)小0～0.5mm，轴肩(2)扎入工件的深度(H2)为0～0.5mm；步骤三、当搅拌头(3)达到设定的下扎深度时，搅拌头(3)以100～5000mm/分的速度沿第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)的对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。2010102587572100001...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘会杰，张超群，李金全，赵运强，张会杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]