CN102513691A - 一种增大焊缝根部金属流动的搅拌针 - Google Patents

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李光
栾国红
董春林
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Abstract

本发明属于焊接技术领域，涉及一种增大焊缝根部金属流动的搅拌针。本发明通过对搅拌针端面结构进行优化，增大该处的产热量，并提高塑性金属的流动性，避免根部未焊透缺陷出现。搅拌针的端面的直径为被焊零件板厚的0.2～2倍，搅拌针的端面开有深度为0.1～1mm的槽。利用本发明的搅拌针，焊接接头性能得到改善和提升，无需辅助工艺、效率高，保证了搅拌摩擦焊接头的高可靠性。

Description

一种增大焊缝根部金属流动的搅拌针
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种增大搅拌针端面处塑性金属流动的避免根部未焊透缺陷的搅拌针。
背景技术
在搅拌摩擦焊接过程中，搅拌头(主要结构包括轴肩和搅拌针)与工件材料间的相互作用产热，把搅拌头周围的工件材料加热到塑化状态而形成接头，该热量主要包括轴肩和搅拌针与母材间的摩擦产热及工件材料被搅拌、挤压而产生的塑性变形热。在搅拌摩擦焊接过程中，工件温度场的分布不均匀，呈现搅拌头轴肩处温度最高并向搅拌针端面依次递减的规律。主要原因为搅拌头轴肩的产热量较多，搅拌针产热量较小，而搅拌针端面处产热量最小。同时，搅拌摩擦焊的一个工艺特点是焊接过程中搅拌针端部与背部垫板间留有一定的间隙，即搅拌针的长度小于母材的厚度(两者的差值往往为0.1～0.3mm)，目的是避免在搅拌摩擦焊接过程中搅拌头的搅拌针扎到垫板，如图1中A区域所示。这一特点导致焊缝对接界面的根部容易得不到充分的搅拌，容易扩散不充分，未形成金属键连接，进而出现根部未焊透缺陷，如图2所示。
搅拌头的搅拌针端面通常为光滑的圆弧顶，搅拌针端面的直径相对于轴肩直径较小，搅拌摩擦焊接过程中搅拌针端面的线速度较低，产生的摩擦热量少，光滑的搅拌针端面不利于驱动与其接触的塑化工件材料流动，故搅拌针下方工件处容易出现根部未焊透缺陷。该缺陷影响接头的拉伸性能、弯曲性能及疲劳性能，未焊透缺陷本质就是弱连接，在承受交变载荷时该缺陷是重要的裂纹源。为了消除根部未焊透缺陷，中国科学院金属研究所在搅拌摩擦焊接头的背部进行二次搅拌摩擦焊补焊(专利号CN 101209511A)，并得到显著效果，但是，该技术需要进行二次补焊，影响生产效率和成本，同时很多结构件因本身结构特点，没有空间进行二次补焊。波音公司为了消除根部未焊透，在垫板上加工出一条槽结构，焊后机械加工去除焊缝背面凸出的材料，专利号为US 6,460,752B1。该技术，在焊接过程中材料会在焊接热和力的作用下填满垫板上所加工的槽，从而导致焊缝表面减薄量会加大，同时焊缝背面的机械加工同样增加成本，降低生产效率。北京赛福斯特技术有限公司申请的200910238020.1号专利，在焊接薄板时，可保证焊缝根部连接可靠，该技术在焊接厚度较小的零件时优势巨大，但是面对厚度超过6mm的零件，该技术难以保证焊缝根部的可靠连接。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效率、低成本、高可靠性的、实施过程简单的一种增大焊缝根部金属流动的搅拌针。本发明的解决方案是，通过对搅拌针端面结构进行优化，增大该处的产热量，提高塑性金属的流动性，进而避免根部未焊透缺陷出现，并提高搅拌摩擦焊接头的性能。搅拌针的端面的直径为被焊零件板厚的0.2～2倍，搅拌针的端面开有深度为0.1～1mm的槽，槽的形状为如下之一：
(一)螺旋形，螺旋形槽为1～6条，螺旋形槽的螺旋方向与搅拌针的旋转方向相反，螺旋形槽的横截面为半圆形或矩形或倒三角形；
(二)放射形，放射形槽以搅拌针端面上的一点为中心向搅拌针端面边缘放射，放射形槽的放射轨迹为直线或圆弧线，放射形槽的横截面为半圆形或矩形或倒三角形。
本发明具有的优点和有益效果，本发明仅在搅拌针端面增加一定的槽结构，便可避免根部未焊透缺陷，同时提高搅拌摩擦焊接头的性能，实施过程简单可靠，效率高、成本低，无需焊后补焊和机械加工。本发明在搅拌针端面加工一定形状的槽结构，增加了搅拌针端面与塑性金属的接触面积，而增大了摩擦产热量。在搅拌摩擦焊接过程中，搅拌针端面的槽结构会驱动焊缝根部金属流动，而提高焊缝根部塑性金属的流动性，促进焊接界面的消失，避免根部未焊透缺陷。塑性金属流动的同时，因高应变率大变形会产生大量的塑性变形产热，而提高焊缝根部的温度，使搅拌摩擦焊接过程中焊缝上下部温度趋于均匀，减小焊缝的温度梯度，进而减小搅拌摩擦焊焊接接头内部的残余应力，提高接头的可靠性和稳定性。本发明的搅拌针极大提高了焊缝根部金属的流动性，因而搅拌针端部与背部垫板间的缝隙可增大(如图1中A区域)，试验结果表明在间隙尺寸为0.5mm的条件下，未发现根部未焊透缺陷，得到了可靠的搅拌摩擦焊焊缝。搅拌针端部与背部垫板间间隙的增大，避免在搅拌摩擦焊接过程中搅拌头的搅拌针扎到垫板，提高了搅拌摩擦焊的工艺包容性，同时降低了对搅拌摩擦焊接设备精度的要求。
附图说明
图1现有技术搅拌摩擦焊接示意图；
图2现有技术搅拌摩擦焊焊缝根部未焊透缺陷示意图；
图3本发明搅拌针端面不同槽形的示意图；
图4本发明搅拌针端面槽的不同横截面示意图；
图5本发明搅拌针端面结构示意图
具体实施方式
搅拌针1的端面2的直径为被焊零件板厚的0.2～2倍，搅拌针的端面开有深度为0.1～1mm的槽，槽的形状为如下之一：
(一)螺旋形，螺旋形槽为1～6条，螺旋形槽的螺旋方向与搅拌针的旋转方向相反，螺旋形槽的横截面为半圆形或矩形或倒三角形；
(二)放射形，放射形槽以搅拌针端面上的一点为中心向搅拌针端面边缘放射，放射形槽的放射轨迹为直线或圆弧线，放射形槽的横截面为半圆形或矩形或倒三角形。
实施例1
搅拌摩擦焊接2mm厚2024铝合金，搅拌针端面尺寸为板厚的2倍，搅拌针端面的直径为4mm，槽的深度为0.1mm，1条螺旋槽，槽的宽度为0.1mm，搅拌针端面为平面，搅拌针的长度为1.7mm。搅拌工具的旋转速度为350～500m/min，焊接速度为100～200mm/min。接头的横向拉伸强度为391MPa，屈服强度为278MPa，延伸率为4.5，焊缝背部探伤未发现根部未焊透缺陷。
实施例2
搅拌摩擦焊接25mm厚6005铝合金，搅拌针端面尺寸为板厚的0.2倍，搅拌针端面直径为5mm，槽的深度为0.5mm，2条螺旋槽，槽的宽度为2mm，搅拌针端面为平面，搅拌针的长度为24.5mm。搅拌工具的旋转速度为300～400m/min，焊接速度为100～200mm/min。接头的横向拉伸强度为200MPa，屈服强度为150MPa，焊缝背部探伤未发现根部未焊透缺陷。
实施例3
搅拌摩擦焊接10mm厚7050铝合金，搅拌针端面尺寸为板厚的0.8倍，搅拌针端面直径为8mm，槽的深度为1mm，6条螺旋槽，槽的宽度为1mm，搅拌针端面为圆弧顶，高度为6mm，搅拌针的长度为9.5mm。搅拌工具的旋转速度为500～700m/min，焊接速度为300～400mm/min。接头的横向拉伸强度为400MPa，屈服强度为320MPa，焊缝背部探伤未发现根部未焊透缺陷。

Claims (3)

1.一种增大焊缝根部金属流动的搅拌针，其特征是，搅拌针的端面的直径为被焊零件板厚的0.2～2倍，搅拌针的端面开有深度为0.1～1mm的槽，槽的形状为如下之一：
(一)螺旋形，螺旋形槽为1～6条，螺旋形槽的螺旋方向与搅拌针的旋转方向相反，螺旋形槽的横截面为半圆形或矩形或倒三角形；
(二)放射形，放射形槽以搅拌针端面上的一点为中心向搅拌针端面边缘放射，放射形槽的放射轨迹为直线或圆弧线，放射形槽的横截面为半圆形或矩形或倒三角形。
2.根据权利要求1所述的一种增大焊缝根部金属流动的搅拌针，其特征是，所述的搅拌针的端面槽的宽度为0.1～2mm。
3.根据权利要求1所述的一种增大焊缝根部金属流动的搅拌针，其特征是，所述的搅拌针端面为平面或圆弧顶，圆弧顶的高度为0～6mm。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103949768A (zh) * 2014-05-05 2014-07-30 西北工业大学 一种可消除搅拌摩擦点焊Hook缺陷的方法
CN104525613A (zh) * 2014-12-29 2015-04-22 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 带筋结构的塑流摩擦热成形方法
CN106825906A (zh) * 2017-02-23 2017-06-13 广东省焊接技术研究所（广东省中乌研究院） 一种填丝回填式搅拌摩擦点焊方法及工具
CN108015407A (zh) * 2017-12-28 2018-05-11 重庆派馨特机电有限公司 一种用于搅拌摩擦焊的搅拌头结构
CN111843177A (zh) * 2020-07-23 2020-10-30 航天工程装备（苏州）有限公司 一种异种材料搅拌摩擦焊接工具
CN113172333A (zh) * 2021-05-31 2021-07-27 四川航天长征装备制造有限公司 一种提高焊透深度的搅拌摩擦焊接搅拌头
CN113369670A (zh) * 2021-06-16 2021-09-10 西北工业大学 一种提高回填式搅拌摩擦点焊焊接效率的方法
CN114985896A (zh) * 2022-06-29 2022-09-02 中国科学院金属研究所 用搅拌摩擦焊方法制备的金属构件
CN116213916A (zh) * 2023-04-17 2023-06-06 哈尔滨工业大学（威海） 一种原位添加粉末式搅拌摩擦加工工具及加工方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004141897A (ja) * 2002-10-22 2004-05-20 Showa Denko Kk 摩擦撹拌接合工具及び接合継手の製造方法
JP2007301579A (ja) * 2006-05-09 2007-11-22 Osaka Industrial Promotion Organization 摩擦攪拌加工用ツールおよびこれを用いる摩擦攪拌加工品の製造方法
CN101157156A (zh) * 2007-11-13 2008-04-09 江苏科技大学 一种搅拌摩擦焊的焊具
RU2344337C1 (ru) * 2007-05-31 2009-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" Сосуд давления, способ сварки его металлической оболочки и способ получения заданного сечения корневой части сварного соединения его металлической оболочки
KR20100073269A (ko) * 2008-12-23 2010-07-01 재단법인 포항산업과학연구원 용접 툴 및 이 툴을 이용한 마찰 교반 점 용접 방법
CN101875154A (zh) * 2009-11-23 2010-11-03 北京赛福斯特技术有限公司 流动摩擦焊接方法及其工具
CN102085598A (zh) * 2009-12-03 2011-06-08 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 摩擦搅拌接合方法
CN102239027A (zh) * 2008-12-09 2011-11-09 日本轻金属株式会社 树脂构件与金属构件的接合方法及液冷套的制造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004141897A (ja) * 2002-10-22 2004-05-20 Showa Denko Kk 摩擦撹拌接合工具及び接合継手の製造方法
JP2007301579A (ja) * 2006-05-09 2007-11-22 Osaka Industrial Promotion Organization 摩擦攪拌加工用ツールおよびこれを用いる摩擦攪拌加工品の製造方法
RU2344337C1 (ru) * 2007-05-31 2009-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" Сосуд давления, способ сварки его металлической оболочки и способ получения заданного сечения корневой части сварного соединения его металлической оболочки
CN101157156A (zh) * 2007-11-13 2008-04-09 江苏科技大学 一种搅拌摩擦焊的焊具
CN102239027A (zh) * 2008-12-09 2011-11-09 日本轻金属株式会社 树脂构件与金属构件的接合方法及液冷套的制造方法
KR20100073269A (ko) * 2008-12-23 2010-07-01 재단법인 포항산업과학연구원 용접 툴 및 이 툴을 이용한 마찰 교반 점 용접 방법
CN101875154A (zh) * 2009-11-23 2010-11-03 北京赛福斯特技术有限公司 流动摩擦焊接方法及其工具
CN102085598A (zh) * 2009-12-03 2011-06-08 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 摩擦搅拌接合方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103949768A (zh) * 2014-05-05 2014-07-30 西北工业大学 一种可消除搅拌摩擦点焊Hook缺陷的方法
CN103949768B (zh) * 2014-05-05 2016-02-03 西北工业大学 一种可消除搅拌摩擦点焊Hook缺陷的方法
CN104525613A (zh) * 2014-12-29 2015-04-22 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 带筋结构的塑流摩擦热成形方法
CN106825906A (zh) * 2017-02-23 2017-06-13 广东省焊接技术研究所（广东省中乌研究院） 一种填丝回填式搅拌摩擦点焊方法及工具
CN108015407A (zh) * 2017-12-28 2018-05-11 重庆派馨特机电有限公司 一种用于搅拌摩擦焊的搅拌头结构
CN111843177A (zh) * 2020-07-23 2020-10-30 航天工程装备（苏州）有限公司 一种异种材料搅拌摩擦焊接工具
CN113172333A (zh) * 2021-05-31 2021-07-27 四川航天长征装备制造有限公司 一种提高焊透深度的搅拌摩擦焊接搅拌头
CN113369670A (zh) * 2021-06-16 2021-09-10 西北工业大学 一种提高回填式搅拌摩擦点焊焊接效率的方法
CN113369670B (zh) * 2021-06-16 2023-12-05 西北工业大学 一种提高回填式搅拌摩擦点焊焊接效率的方法
CN114985896A (zh) * 2022-06-29 2022-09-02 中国科学院金属研究所 用搅拌摩擦焊方法制备的金属构件
CN114985896B (zh) * 2022-06-29 2023-08-18 中国科学院金属研究所 用搅拌摩擦焊方法制备的金属构件
CN116213916A (zh) * 2023-04-17 2023-06-06 哈尔滨工业大学（威海） 一种原位添加粉末式搅拌摩擦加工工具及加工方法

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