CN102019501B - 一种搅拌摩擦焊接圆形环缝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种搅拌摩擦焊接圆形环缝的方法，（1）将搅拌头连接在带有回抽装置的搅拌摩擦焊接设备主轴上；（2）调整搅拌头与工作台面垂直，使搅拌头偏离圆形环缝上与工作台面距离最远的点，其偏离的距离在工作台面的水平方向表示为h，h值由圆形环缝的半径确定，其公式为：h＝R·sinα，其中α＝(2°～4°)，式中：R为圆形环缝的半径，α的取值范围为2°～4°；（3）对圆形环缝定位预焊，定位预焊可以是连续焊接也可以是断续焊接，定位预焊的焊接厚度t₁由圆形环缝的焊接厚度t决定，

（4）定位预焊后，进行正式焊接，焊接362°以后，带有回抽装置的搅拌摩擦焊接设备主轴带动搅拌头回抽，将高速旋转的搅拌头卸载退出。

Description

一种搅拌摩擦焊接圆形环缝的方法

技术领域

本发明是一种搅拌摩擦焊接圆形环缝的方法，属于焊接技术领域。

背景技术

结构组件通常是由两个或者多个结构件焊接而成的。像法兰，汽车轮毂，火箭筒体等回转体结构是由多个不同结构件经过焊接构成的。搅拌摩擦焊接过程是搅拌摩擦焊设备提供动力驱动施焊工具搅拌头高速旋转扎入工件对接界面，搅拌头旋转沿着待焊界面运动，通过搅拌头对焊缝区金属材料的摩擦、搅拌、挤压和锻压等机械行为实现金属材料的焊接。采用带有回抽装置主轴的搅拌摩擦焊设备可以实现无匙孔无缺陷焊接、焊缝平整美观。尤其对于低熔点材料的焊接，优点更为突出。

以往焊接圆形环缝时，搅拌头直接扎入圆形环缝相对工作台面的最高点进行搅拌摩擦焊接，圆形焊缝旋转时经常有未焊到现象发生，不能达到有效焊接。

发明内容

本发明正是针对上述现有工艺中存在的问题而设计提供了一种改进的搅拌摩擦焊接圆形环缝的方法，其目的是保证圆形焊缝焊接的连续完整，并利用可回抽的搅拌摩擦焊装置有效地消除焊后匙孔。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提出的搅拌摩擦焊接圆形环缝的方法，其特征是，

(1)将搅拌头(1)连接在带有回抽装置的搅拌摩擦焊接设备主轴上；

(2)调整搅拌头(1)与工作台面(2)垂直，使搅拌头偏离圆形环缝(5)上与工作台面(2)距离最远的点，其偏离的距离在工作台面(2)的水平方向表示为h，h值由圆形环缝(5)的半径确定，其公式为：

h＝R·sinα，其中α＝(2°～4°)

式中：R为圆形环缝(5)的半径，α的取值范围为2°～4°；

(3)对圆形环缝(5)定位预焊，定位预焊可以是连续焊接也可以是断续焊接，定位预焊的焊接厚度t₁由圆形环缝(5)的焊接厚度t决定， $t_1=(\frac{1}{5}~\frac{1}{3})t;$

(4)定位预焊后，进行正式焊接，焊接362°以后，带有回抽装置的搅拌摩擦焊接设备主轴带动搅拌头(1)回抽，将高速旋转的搅拌头卸载退出。

在正式焊接前需要进行环缝的定位预焊，预焊形式可以为连续焊接或者是断续焊接，为保证定位预焊后还能找到原始焊缝，所以定位预焊的焊接厚度 $t_1=(\frac{1}{5}~\frac{1}{3})t;$ 通常搅拌摩擦焊焊接平板焊缝时，为达到有效焊接，需要搅拌头相对焊缝垂直方向有一定的后仰倾角α，在焊接圆形环缝焊缝时，如果将搅拌头直接垂直扎入圆形焊缝，在圆形焊缝旋转时，有部分圆形焊缝未焊到。为保证圆形焊缝的焊接完整连续，需要将搅拌头偏离圆形环缝上与工作台面距离最远的点，偏离的距离在工作台面的水平方向上为h，h值由焊接平板焊蜂时搅拌头的倾角α和圆形环缝的半径R决定。环缝焊接一周后，焊缝末端出现匙孔，利用可回抽的搅拌摩擦焊装置可以有效消除匙孔，实现圆形环缝的完整连续焊接。

附图说明

图1为圆形环缝的对接示意图

图2为圆形环缝的搭接示意图

图3为h距离计算示意图

图4为圆形环缝的焊接示意图

图5为匙孔形成示意图

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

参见附图1～5所示，待焊件是回转体结构形式，圆形焊缝是环形曲线焊缝。待焊件可以是两个或者多个回转体结构件的焊接。待焊件的材料可以从以下材料中选取：铝，铝合金，钛，钛合金，铜，铜合金，镁，镁合金，钢合金等。待焊结构件之间至少是部分相连接，连接形式可以是对接，也可以是搭接形式。焊接前，使用工装夹具压紧加工件，防止焊件焊接过程中移动。焊件定位后，调节主轴上的施焊工具搅拌头1与工作台面2垂直。在焊接回转体环缝时，根据搅拌摩擦焊接的需要，为达到理想焊缝，调整搅拌头1与工作台面2垂直，使搅拌头偏离圆形环缝5上与工作台面2距离最远的点，其偏离的距离在工作台面2的水平方向表示为h，h值由圆形环缝5的半径确定，其公式为：

h＝R·sinα，其中α＝(2°～4°)

式中：R为圆形环缝(5)的半径，α的取值范围为2°～4°；

对圆形环缝5定位预焊，定位预焊可以是连续焊接也可以是断续焊接，定位预焊的焊接厚度t₁由圆形环缝5的焊接厚度t决定， $t_1=(\frac{1}{5}~\frac{1}{3})t;$

定位预焊后，进行正式焊接，搅拌摩擦焊设备驱动施焊工具搅拌头高速旋转扎入焊缝，搅拌头旋转沿着待焊界面运动，通过搅拌头对焊缝区金属材料的摩擦、搅拌、挤压和锻压等机械行为实现金属材料的焊接，焊接362°以后，带有回抽装置的搅拌摩擦焊接设备主轴带动搅拌头1回抽，将高速旋转的搅拌头卸载退出。采用带有回抽装置主轴的搅拌摩擦焊设备可以实现无匙孔无缺陷焊接、焊缝平整美观。

以下为采本发明技术方案的具体实例：

实施例一

当焊接材料是7系铝合金，焊缝为对接形式，半径是300mm，厚度是10mm的左右两段筒体3、4时，需要将施焊工具搅拌头1水平方向偏离焊缝最高点距离h＝R·sin2.5°，h＝13mm。

回转体焊件和搅拌头1位置放置准确后，动力装置驱动搅拌头1高速旋转。在正式焊接前，先用普通的3mm搅拌头对回转体圆形焊缝5进行定位预焊，定位预焊的厚度为2～3mm，焊接距离必须小于360°，以确保正式焊接时还可以找到圆形焊缝5。定位预焊后，将3mm搅拌头换成适合回转体圆形焊缝厚度的10mm搅拌头。焊接过程中，高速旋转的搅拌头位置固定，而回转体零件做圆周运动，焊速是120mm/min实现圆形环缝焊接。焊接距离达到362°时，会在圆形焊缝5末端留有匙孔6，采用回抽装置消除匙孔，回抽距离为50°。回抽速度是5～15mm/min。由以上步骤完成了圆形环缝回转体结构的焊接，并且有效的消除焊后匙孔。

实施例二

当焊接材料是7系铝合金，焊缝为搭接形式，半径是200mm的左右两段筒体3、4时，搭接圆形焊缝厚度是12mm时，需要将施焊工具搅拌头水平方向偏离焊缝最高点距离h＝R·sin2.5°，h＝9mm。

回转体焊件和搅拌头位置放置准确后，动力装置驱动搅拌头高速旋转。回转体圆形焊缝半径是200mm，焊速是90mm/min。在正式焊接前，先用普通的4mm搅拌头对回转体圆形焊缝5进行定位预焊，定位预焊的厚度为3～4mm，焊接距离必须小于360°，以确保正式焊接时还可以找到圆形焊缝。定位预焊后，将4mm搅拌头换成适合回转体圆形焊缝厚度的12mm搅拌头。焊接过程中，高速旋转的搅拌头位置固定，而回转体圆形焊缝做圆周运动，实现环缝焊件。焊接距离达到362°时，会在圆形焊缝5末端留有焊后匙孔6，采用回抽装置消除匙孔，回抽距离为50°。回抽速度是5～15mm/min。由以上步骤完成了环缝回转体圆形焊缝的焊接，并且有效的消除焊后匙孔。

实施例三

当焊接材料是6系铝合金，圆形焊缝为对接形式，半径是300mm，厚度是10mm的左右两段筒体3、4时，需要将施焊工具搅拌头1水平方向偏离圆形焊缝最高点距离h＝R·sin2.5°，h＝13mm。

回转体焊件和搅拌头位置放置准确后，动力装置驱动搅拌头高速旋转。在正式焊接前，先用普通的3mm搅拌头对回转体圆形焊缝进行定位预焊，定位预焊的厚度为2～3mm，焊接距离必须小于360°，以确保正式焊接时还可以找到圆形焊缝。定位预焊后，将3mm搅拌头换成适合回转体圆形焊缝厚度的10mm搅拌头。焊接过程中，高速旋转的搅拌头位置固定，而回转体圆形焊缝做圆周运动，焊速是500mm/min实现圆形焊缝焊件。焊接距离达到362°时，会在圆形焊缝5末端留有匙孔6，采用回抽装置消除匙孔，回抽距离为50°。回抽速度是5～15mm/min。由以上步骤完成了环缝回转体圆形焊缝焊接，并且有效的消除焊后匙孔。

本发明技术方案与现有技术相比可以实现无匙孔无缺陷焊接、焊缝平整美观。

Claims (1)

1.一种搅拌摩擦焊接圆形环缝的方法，其特征是，

（1）将搅拌头(1)连接在带有回抽装置的搅拌摩擦焊接设备主轴上；

（2）调整搅拌头(1)与工作台面(2)垂直，使搅拌头偏离圆形环缝(5)上与工作台面(2)距离最远的点，其偏离的距离在工作台面(2)的水平方向表示为h，h值由圆形环缝(5)的半径确定，其公式为：

h＝R·sinα，其中α＝(2°～4°)

式中：R为圆形环缝(5)的半径，α的取值范围为2°～4°；

（3）对圆形环缝(5)定位预焊，定位预焊是连续焊接或断续焊接，定位预焊的焊接厚度t₁由圆形环缝(5)的焊接厚度t决定，

（4）定位预焊后，进行正式焊接，焊接362°以后，带有回抽装置的搅拌摩擦焊接设备主轴带动搅拌头(1)回抽，将高速旋转的搅拌头卸载退出。

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