CN101157157A

CN101157157A - L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法

Info

Publication number: CN101157157A
Application number: CNA2007101355805A
Authority: CN
Inventors: 严铿; 赵勇; 聂洁; 刘海波; 付娟
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2027-11-13
Also published as: CN101157157B

Abstract

本发明涉及一种铝合金型材的搅拌摩擦焊的焊接方法，属于材料连接技术领域。该方法主要包括反面焊接、正面焊接。在L型铝合金型材的短边外侧，装配辅助垫块；在L型铝合金型材的内侧，装配形状与其内侧形状相吻合的另一辅助垫块。利用工装，将辅助垫块、两根对接的L型铝合金型材和另一辅助垫块横向夹紧在焊接工作台上，形成一矩形剖面结构。搅拌摩擦焊机主轴旋转并逐渐插入辅助垫块，向焊接方向点水平移动，到达终点后结束焊接，抽出搅拌头。本发明有效地解决了搅拌摩擦焊工艺对焊接部位需要接触摩擦的特殊要求，以及L型铝合金型材加辅助垫块后形成的双层板的传热问题，实现了特殊形状的L型铝合金型材高质量的焊接。

Description

L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦焊的焊接方法，尤其是一种铝合金型材的搅拌摩擦焊的焊接方法，属于材料连接技术领域。

背景技术

搅拌摩擦焊(FSW)是一种新型低温固相连接技术，适用于低熔点合金焊接。1991年由英国焊接研究所(The Welding Institute，TWI)发明(US5460317)，该技术的原理是利用高速旋转的搅拌头插入接缝中，利用搅拌头的强烈摩擦和搅拌作用，使焊接接缝区处于热塑性状态并被破碎、混合，在一定的压力作用下被连接在一起，搅拌头朝焊接方向高速旋转并挤压，而在搅拌头的后方则形成了焊缝，从而完成了固态连接。该技术在航天航空、船舶、高速列车、装甲战车等领域有着广泛应用。搅拌摩擦焊由于是在比被焊合金材料熔点温度低的条件下完成的固态连接，所以金属材料没有熔化，焊接收缩变形小和力学性能损失低，有着突出的优点。目前，搅拌摩擦焊对接焊缝，包括平板对接和曲面对接，均有较成熟的技术与设备，申请号200610031319.6的中国专利申请公开说明书中介绍了一种搅拌摩擦焊角接外侧焊方法，该方法通过在成一定角度两被焊件上面添加两辅助工艺垫块，从而构成搅拌摩擦焊所需的平面，将任意角度的角接焊转化为类似平板的对接焊，但该方法只能用于普通平板类焊件的角接焊。

铝合金材料广泛用于工业和民用领域，近年来特殊形状的铝合金型材的应用越来越广泛。目前，随着液晶电视的尺寸越来越大，电视边框原来使用的工程塑料已经不能满足强度和刚度的要求，需要采用铝合金型材来制造液晶电视的边框。但由于液晶电视边框所采用的铝合金型材是一种特殊的L型铝合金型材，其长、短边的内侧各有一个小凸台，采用传统的铝合金焊接传统的焊接方法，如TIG焊(钨极惰性气体弧焊)，MIG焊(熔化极惰性气体保护焊)，是不可能保证焊接后凸台的形状和尺寸，并且铝合金型材在熔化焊后的焊接变形也是家电产品所不能接受的。

显然，现有的焊接方法不能很好地适应这种特殊形状铝合金型材的焊接，需要采用新的焊接方法，如搅拌摩擦焊方法来焊接。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对具有特殊形状铝合金型材的进行搅拌焊接时，由于型材厚度不均匀和形状特殊等问题所造成的技术难点，现有的技术难以达到理想的效果，需要一种能适合特殊铝合金型材，如液晶电视边框所使用的长、短边端头的内侧各有一个小凸台的铝合金型材的搅拌摩擦焊接方法。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案为：

一种L形铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，包括反面焊接、正面焊接；所述反面焊接和正面焊接的相同步骤如下：

1)、在L形型材的短边外侧，装配辅助垫块；在L形型材的内侧，装配另一种辅助垫块；将所述辅助垫块、两根对接的L形型材和另一种辅助垫块，利用工装横向夹紧在焊接工作台上，形成一矩形剖面结构；

2)、将特殊搅拌头装在搅拌摩擦焊机上，并运动到焊接位置，

3)、从起点开始焊接，主轴旋转并逐渐插入辅助垫块，当完全插入后，停留10～20秒，然后向焊接方向点水平移动，到达终点后结束焊接，抽出搅拌头，停止主轴转动。

前述的L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，其中所述反面焊接或正面焊接焊接参数为：主轴旋转速度800～1000转/分，主轴倾角2～4°，焊接速度80～250毫米/分。

前述的L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，其中所述辅助垫块为一形状与所述L形型材的内侧形状相吻合的铝合金块。所述另一种辅助垫块为一厚度与L形型材的短边高度相等的铝合金块，所述辅助垫块长度为30～50毫米。

前述的L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，其中所述反面焊接时，L形型材的短边向上，辅助垫块装配在所述L形型材内侧的上方，特殊搅拌头的摩擦面接触L型材的内表面，焊接后，用机械加工方法将辅助垫块去除。

前述的L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，其中所述正面焊接时，L形型材的短边向下，辅助垫块装配在所述L形型材内侧的下方，所述搅拌头摩擦面接触L形型材的外表面。

前述的L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，其中所述特殊搅拌头突出的搅拌针的长度比被焊的L形型材的短边长度短0.1-0.2毫米。

采用本发明后，满足了特殊形状的铝合金型材，特别是长、短边端头的内侧各有一个小凸台的L型铝合金型材的焊接后的小凸台的形状和尺寸精度要求；焊接后L型铝合金型材的表面平整。本发明有效地解决了搅拌摩擦焊工艺对焊接部位需要接触摩擦的特殊要求，以及L型铝合金型材加辅助垫块后，双层板的传热问题，加强了L型铝合金型材在搅拌摩擦焊时金属的塑性流动，利用特别增加的金属流动产热改善了L型铝合金型材在搅拌摩擦焊方法焊接时由于双层板传热问题引起的下层板热量不足问题。从而实现了L型铝合金型材的高质量焊接。

附图说明

图1为L形型材示意图。

图2为本发明的实施例一反面焊接的工作示意图。

图3为本发明的实施例二正面焊接的工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的焊接工件为特殊形状L型铝合金型材，其示意图如图1所示，该型材用作大尺寸液晶电视边框，该型材的长、短边端头的内侧各有一个小凸台5，现有的搅拌摩擦焊的焊接方法用于这样特殊形状L形铝合金型材，难以保证焊接后凸台的形状和尺寸精度要求。

实施例一

本发明反面焊接工作示意图如图2所示，L型铝合金型材1的短边向上，辅助垫块3为一形状与L型铝合金型材的内侧形状相吻合的铝合金块。装配在L型铝合金型材内侧的上方，在L型铝合金型材1的短边外侧，装配辅助垫块4，将所述辅助垫块3、两根对接的L型铝合金型材1(图2只能看到第1根L形型材1的横截面，第2根L形型材1的横截面被第1根L形型材1的横截面覆盖了。)和辅助垫块4，利用工装横向夹紧在焊接工作台上，形成一矩形剖面结构。

装在搅拌摩擦焊机上的搅拌头2的长度比被焊的L型铝合金型材1的短边长度短0.1-0.2毫米。

搅拌头2运动到焊接位置。从起点A开始主轴旋转并逐渐插入辅助垫块3，当完全插入后，停留10～20秒，然后向焊接方向点水平移动，到达终点C后结束焊接，抽出搅拌头，停止主轴转动。

辅助垫块4为一厚度与L形型材1的短边高度相等的铝合金块，所述辅助垫块4长度为30～50毫米。

反面焊接时，特殊搅拌头2的摩擦面接触L型铝合金型材1的内表面，由于在待焊内外侧镶拼了辅助垫块3、4，形成了矩形剖面结构，在厚度方向上是一个整体结构。本发明采用的搅拌头2解决搅拌摩擦焊工艺对焊接部位需要接触摩擦的特殊要求，这时，由搅拌头2轴肩旋转摩擦产生的热量的传热可以连续的进行。主要是在摩擦产热的基础上，增加了由金属塑性流动的产热。金属塑性流动的产热是由搅拌头2前面锥形搅拌针产生，这样由辅助垫块3和L型铝合金型材1组成的双层结构，其下面的那层L型铝合金型材1，热量就不是全部由摩擦提供，而是由特殊搅拌头2在焊接是产生金属塑性流动产热，使下层的L型铝合金型材1也能达到焊接所需的温度。焊接结束时，特殊搅拌头2由C点抽出。

实施例二

本发明的实施例二正面焊接的工作示意图如图3所示，L型铝合金型材1的短边向下，辅助垫块3装配在L型铝合金型材1内侧的下方，在L型铝合金型材1的短边外侧，装配辅助垫块4，将所述辅助垫块3、两根对接的L型铝合金型材1(图3只能看到第1根L型铝合金型材1的横截面，第2根L型铝合金型材1的横截面被第1根L型铝合金型材1的横截面覆盖了)和辅助垫块4，利用工装横向夹紧在焊接工作台上，形成一矩形剖面结构。

正面焊接时，搅拌头2，从A点开始旋转并插入垫块3，然后开始焊接。由于在待焊L型铝合金型材1内外侧镶拼了辅助垫块3、4，形成了矩形剖面结构，在厚度方向上是一个整体结构。由搅拌头2轴肩旋转摩擦产生的热量的传热可以连续的进行。当搅拌头2到达B点时，厚度方向上已经是两层，即L型铝合金型材1和辅助垫块3。在L型铝合金型材1和辅助垫块3之间，有一个空气层界面，因为空气是热的不良导体，所以两层金属之间的热量难以传递。处于下面的辅助垫块3由于热量不足这时容易产生焊接不上的问题，但该辅助垫块3在焊接后是需要机械加工去除的，所以辅助垫L型材已经焊接完毕，辅助垫块3、4在焊接后将由进行加工方法切除。

以下是采用本发明进行焊接的一个实际应用例：

L型铝合金型材材质为6063铝合金，采用挤压方法制造，L型铝合金型材1的尺寸为10毫米×50毫米，选择的搅拌头2的长度为10毫米，主轴旋转速度800转/分；主轴倾角3.5°；焊接速度200毫米/分。辅助垫块3、辅助垫块4也是采用6063铝合金由挤压方法制造。

焊接后，L型铝合金型材1的焊接质量良好，该型材1焊接后的焊缝表面低于型材表面0.1毫米。

L型铝合金型材1焊后的表面形状，取决于辅助垫块的形状，如果辅助垫块平整和光洁，L型铝合金型材1焊接后的表面就会平整和光洁。可以利用这种特性将辅助垫块表面加工有特殊的花纹，这样焊接后，L型铝合金型材1的表面就具有特殊的花纹。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims

1.一种L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，其特征在于，包括反面焊接、正面焊接；所述反面焊接和正面焊接的相同步骤如下：

1)、在L型铝合金型材(1)的短边外侧，装配辅助垫块(4)；在L型铝合金型材(1)的内侧，装配辅助垫块(3)；将所述辅助垫块(4)、两根对接的L型铝合金型材(1)和辅助垫块(3)利用工装横向夹紧在焊接工作台上，形成一矩形剖面结构；

2)、将搅拌头(2)装在搅拌摩擦焊机上，并运动到焊接位置；

3)、从起点开始焊接，主轴旋转并逐渐插入辅助垫块(3)，当完全插入后，停留10～20秒，然后向焊接方向点水平移动，到达终点后结束焊接，抽出搅拌头，停止主轴转动。

2.根据权利要求1所述的L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，其特征在于，所述反面焊接或正面焊接焊接参数为：主轴旋转速度800～1000转/分，主轴倾角2～4°，焊接速度80～250毫米/分。

3.根据权利要求1所述的L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，其特征在于，所述辅助垫块(3)为一形状与所述L型铝合金型材(1)的内侧形状相吻合的铝合金块。

4.根据权利要求1所述的L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，其特征在于，所述辅助垫块(4)为一厚度与L型铝合金型材(1)的短边高度相等的铝合金块，所述辅助垫块(4)长度为30～50毫米。

5.根据权利要求1所述的L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，其特征在于，所述反面焊接时，L型铝合金型材(1)的短边向上，辅助垫块(3)装配在所述L型铝合金型材(1)内侧的上方，搅拌头(2)的摩擦面接触L型铝合金型材(1)的内表面。

6.根据权利要求1所述的L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，其特征在于，焊接后，用机械加工方法将辅助垫块(3)、(4)法除。

7.根据权利要求1所述的L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，其特征在于：所述正面焊接时，L型铝合金型材(1)的短边向下，辅助垫块(3)装配在所述L形型材(1)内侧的下方，所述搅拌头摩擦面接触L型铝合金型材(1)的外表面。

8.根据权利要求1所述的L型铝合金型材搅拌摩擦焊的焊接方法，搅拌头(2)突出的搅拌针的长度比被焊的L型铝合金型材(1)的短边长度短0.1-0.2毫米。