CN101837513A

CN101837513A - 一种无匙孔搅拌摩擦点焊方法

Info

Publication number: CN101837513A
Application number: CN 201010136834
Authority: CN
Inventors: 黄永宪; 刘会杰; 李金全; 韩冰; 田英
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2010-09-22

Abstract

一种无匙孔搅拌摩擦点焊方法，它涉及一种点焊方法。本发明的目的为消除搅拌摩擦点焊的焊缝表面匙孔的问题。方法：一、利用一体式焊具对被焊工件进行点焊，点焊时，焊具逐渐扎入被焊工件，焊具停止扎入后，继续旋转2～5秒，提起一体式焊具，形成点焊缝，且在点焊缝中心部位存在匙孔；二、利用组合式焊具对步骤一遗留的匙孔进行补焊，补焊时，焊具逐渐扎入匙孔内，焊具停止扎入后，继续旋转3～5秒，提起组合式焊具，在匙孔处形成点焊缝，补焊后，搅拌针上的圆柱部分留在夹持体上的夹持孔中，搅拌针上的锥体部分与匙孔发生塑性变形并遗留在匙孔内，即实现无匙孔搅拌摩擦点焊。本发明用于无匙孔搅拌摩擦点焊和常规搅拌摩擦点焊缝匙孔的补焊。

Description

一种无匙孔搅拌摩擦点焊方法

技术领域

本发明涉及一种点焊方法，具体涉及一种搅拌摩擦点焊方法。

背景技术

常规的搅拌摩擦点焊是在摩擦热和塑性变形能的作用下，形成连接的点接头。其过程为一个非消耗的搅拌头高速旋转，通过施加顶锻压力插入连接工件中，搅拌头与工件之间的摩擦，使金属软化并发生塑性流动，保持搅拌头压力并使轴肩接触工件表面，继续旋转一定时间，完成连接后搅拌头从工件中退出，在点焊缝中心留下典型的退出孔（匙孔）。针对匙孔的问题，德国GKSS研究中心于1999年发明了无匙孔的搅拌摩擦点焊，采用特殊的搅拌头，该搅拌头由最内部的搅拌针、中间具有轴肩功能的套筒和最外侧的夹套组成，夹套在焊接时固定，不发生旋转，套筒和最内层的搅拌针在焊接时既发生旋转也发生沿轴向的相对运动，通过精确控制搅拌头各部件的相对运动，在搅拌头回抽的同时填充搅拌头在焊接过程中形成的匙孔。这种方法不但搅拌头复杂，而且要完成复杂的相对运动，对设备的刚性和控制精度要求严格，需要专门的焊接设备进行焊接，前期投入成本较大。专利（CN101053923A）提出了一种双面搅拌摩擦点焊技术，使焊接表面的压入坑（匙孔）减少一半，但仍未能解决遗留匙孔的问题。专利（CN1788911A）则采用了在焊接结束位置的焊接本体对接缝上贴合一填充块，搅拌头沿着填充块的外形面运动，直到搅拌头的搅拌针脱离本体，再用机械方法去掉填充块的残余部分的方法来有效的消除焊缝中匙孔，但这种方法无法消除搅拌摩擦点焊点焊缝表面的匙孔。

发明内容

本发明的目的是提供一种无匙孔搅拌摩擦点焊方法，以消除搅拌摩擦点焊的焊缝表面的匙孔。

本发明的方法是通过以下步骤实现的：步骤一、点焊：利用现有一体式焊具对两个叠放在一起的被焊工件进行搅拌摩擦点焊，一体式焊具参数的选择：一体式焊具上的搅拌针的长度为3mm～9mm、一体式焊具的轴肩直径为10mm～28mm、一体式焊具的旋转速度为400转/分钟～1000转/分钟、一体式焊具的轴肩压入量为0.1mm～0.3mm，点焊时，焊具逐渐扎入被焊工件，焊具停止扎入后，继续旋转2秒～5秒，提起一体式焊具，形成点焊缝，且在点焊缝中心部位存在匙孔；步骤二、补焊：利用组合式焊具对搅拌摩擦点焊中心遗留的匙孔进行补焊，组合式焊具参数的选择：组合式焊具上的搅拌针的材质与被焊工件材质相同，搅拌针前端的锥体部分的形状与匙孔的形状吻合，组合式焊具上的轴肩的直径为10mm～28mm，组合式焊具的旋转速度为600转/分钟～1200转/分钟，组合式焊具上的轴肩的压入量为0.05mm～0.1mm，补焊时，焊具逐渐扎入匙孔内，焊具停止扎入后，继续旋转3秒～5秒，提起组合式焊具，在匙孔处形成点焊缝，补焊后，搅拌针上的圆柱部分留在夹持体上的夹持孔中，搅拌针上的锥体部分与匙孔发生塑性变形并遗留在匙孔内，即实现无匙孔搅拌摩擦点焊。

本发明具有以下优点：一、无匙孔搅拌摩擦点焊属于固相连接，既继承了常规搅拌摩擦点焊焊接速度快，焊接设备和控制系统较简单的优点，又实现了无匙孔搅拌摩擦点焊，且焊接过程中不出现金属熔化，无气孔、焊缝残余应力低、工件变形小，消除了焊缝中的匙孔。二、补焊时，焊具采用组合式焊具，由于轴肩为非消耗件，可循环使用，搅拌针为消耗件，因此，组合式焊具方便更换。三、本发明提出的无匙孔搅拌摩擦点焊技术，操作简单，适应性强。

附图说明

图1是步骤二中组合式焊具的结构主剖视图，图中标记1为夹持体、1-1为夹持体上的夹持孔、2为轴肩、3为搅拌针、3-1为搅拌针上的圆柱部分、3-2为搅拌针上的锥体部分、4为环形隔热槽；图2是步骤一完成后，形成点焊缝中心部位的形貌图，图中M为匙孔；图3是步骤二完成后，形成补焊缝中心部位的形貌图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～3说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：步骤一、点焊：利用现有一体式焊具对两个叠放在一起的被焊工件进行搅拌摩擦点焊，一体式焊具参数的选择：一体式焊具上的搅拌针的长度为3mm～9mm、一体式焊具的轴肩直径为10mm～28mm、一体式焊具的旋转速度为400转/分钟～1000转/分钟、一体式焊具的轴肩压入量为0.1mm～0.3mm，点焊时，焊具逐渐扎入被焊工件，焊具停止扎入后，继续旋转2秒～5秒，提起一体式焊具，形成点焊缝，且在点焊缝中心部位存在匙孔M，如图2所示，匙孔形状规则，内壁光滑；步骤二、补焊：利用组合式焊具对搅拌摩擦点焊中心遗留的匙孔M进行补焊，组合式焊具参数的选择：组合式焊具上的搅拌针3的材质与被焊工件材质相同，搅拌针3前端的锥体部分3-2的形状与匙孔M的形状吻合，组合式焊具上的轴肩2的直径为10mm～28mm，组合式焊具的旋转速度为600转/分钟～1200转/分钟，组合式焊具上的轴肩2的压入量为0.05mm～0.1mm，补焊时，焊具逐渐扎入匙孔M内，焊具停止扎入后，继续旋转3～5秒，提起组合式焊具，在匙孔M处形成点焊缝，补焊后，搅拌针3上的圆柱部分3-1留在夹持体1上的夹持孔1-1中，搅拌针上的锥体部分3-2与匙孔M发生塑性变形并遗留在匙孔M内，如图3所示，即实现无匙孔搅拌摩擦点焊。经上述方法点焊后的匙孔表面成形好、无宏观缺陷，补焊位置剖面界面结合良好，搅拌针3上的锥体部分3-2与匙孔M间无未焊合现象，并发生了充分的材料塑性流动，且在上下两工件搭接界面处也发生了充分的材料塑性流动。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤一中一体式焊具的材质为淬火热处理高速钢。上述材质可以重复使用。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤二中组合式焊具上的搅拌针3的材质与被焊工件的材质相同。由于搅拌针3为消耗件，搅拌针3的材质与被焊工件的材质相同，便于搅拌摩擦补焊过程中，搅拌针与匙孔周围的金属发生塑性化后填充于匙孔内。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤二中组合式焊具上的轴肩2的材质为淬火热处理高速钢。上述材质可以重复使用。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：以被焊接工件3mm厚和7.5mm厚的铝合金板材为例来说明本实施方式的实现步骤：步骤一、点焊：利用现有一体式焊具对两个叠放在一起的被焊工件进行搅拌摩擦点焊，一体式焊具参数的选择：一体式焊具上的搅拌针的长度为9mm、一体式焊具的轴肩直径为26mm、一体式焊具的旋转速度为600转/分钟、一体式焊具的轴肩压入量为0.1mm，点焊时，焊具逐渐扎入被焊工件，焊具停止扎入后，继续旋转2秒，提起一体式焊具，形成点焊缝，且在点焊缝中心部位存在匙孔M，如图2所示，匙孔形状规则，内壁光滑；步骤二、补焊：利用组合式焊具对搅拌摩擦点焊中心遗留的匙孔M进行补焊，组合式焊具参数的选择：组合式焊具上的搅拌针3的材质与被焊工件材质相同，搅拌针3前端的锥体部分3-2的形状与匙孔M的形状吻合，组合式焊具上的轴肩2的直径为26mm，组合式焊具的旋转速度为800转/分钟，组合式焊具上的轴肩2的压入量为0.05mm，补焊时，焊具逐渐扎入匙孔M内，焊具停止扎入后，继续旋转3秒，提起组合式焊具，形成点焊缝，补焊后，搅拌针3上的圆柱部分3-1留在夹持体1上的夹持孔1-1中，搅拌针上的锥体部分3-2与匙孔M发生塑性变形并遗留在匙孔M内，如图3所示，即实现无匙孔搅拌摩擦点焊。经上述方法点焊后的匙孔表面成形好、无宏观缺陷，补焊位置剖面界面结合良好，搅拌针上的锥体部分3-2与匙孔M间无未焊合现象，并发生了充分的材料塑性流动，且在上下两工件搭接界面处也发生了充分的材料塑性流动。

Claims

1.一种无匙孔搅拌摩擦点焊方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：步骤一、点焊：利用现有一体式焊具对两个叠放在一起的被焊工件进行搅拌摩擦点焊，一体式焊具参数的选择：一体式焊具上的搅拌针的长度为3mm～9mm、一体式焊具的轴肩直径为10mm～28mm、一体式焊具的旋转速度为400转/分钟～1000转/分钟、一体式焊具的轴肩压入量为0.1mm～0.3mm，点焊时，焊具逐渐扎入被焊工件，焊具停止扎入后，继续旋转2秒～5秒，提起一体式焊具，形成点焊缝，且在点焊缝中心部位存在匙孔（M）；步骤二、补焊：利用组合式焊具对搅拌摩擦点焊中心遗留的匙孔（M）进行补焊，组合式焊具参数的选择：组合式焊具上的搅拌针（3）的材质与被焊工件材质相同，搅拌针（3）前端的锥体部分（3-2）的形状与匙孔（M）的形状吻合，组合式焊具上的轴肩（2）的直径为10mm～28mm，组合式焊具的旋转速度为600转/分钟～1200转/分钟，组合式焊具上的轴肩（2）的压入量为0.05mm～0.1mm，补焊时，焊具逐渐扎入匙孔（M）内，焊具停止扎入后，继续旋转3秒～5秒，提起组合式焊具，在匙孔（M）处形成点焊缝，补焊后，搅拌针（3）上的圆柱部分（3-1）留在夹持体（1）上的夹持孔（1-1）中，搅拌针上的锥体部分（3-2）与匙孔（M）发生塑性变形并遗留在匙孔（M）内，即实现无匙孔搅拌摩擦点焊。

2.根据权利要求1所述一种无匙孔搅拌摩擦点焊方法，其特征在于：所述步骤一中一体式焊具的材质为淬火热处理高速钢。

3.根据权利要求1所述一种无匙孔搅拌摩擦点焊方法，其特征在于：所述步骤二中组合式焊具上的搅拌针（3）的材质与被焊工件的材质相同。

4.根据权利要求1或3所述一种无匙孔搅拌摩擦点焊方法，其特征在于：所述步骤二中组合式焊具上的轴肩（2）的材质为淬火热处理高速钢。