CN102554454B - 利用三动环搅拌摩擦点焊工具的点焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三动环搅拌摩擦点焊工具及其电焊方法，包括搅拌针、内套环、外套环、压紧套、塑性流动材料区域及下支撑，其中，待焊工件压紧在压紧套和下支撑之间，搅拌针设置在内套环内，内套环设置在外套环内，外套环设置在压紧套内，搅拌针、内套环及外套环与待焊工件摩擦形成塑性流动材料区域。外套环、内套环和搅拌针高速旋转，与工件摩擦，为系统提供热量，外套环向下剪切运动行程不超过上层工件厚度，内套环向下剪切运动行程稍微超出上层工件厚度，这样将形成两段不连续的阶梯状竖直连接界面，两个竖直连接界面由一水平连接界面连接，从而增强了焊点强度。

Description

利用三动环搅拌摩擦点焊工具的点焊方法

技术领域

本发明设计一种焊接技术，具体是一种利用三动环搅拌摩擦点焊工具的点焊方法。

背景技术

填充式摩擦点焊技术是一种新兴的固相焊接技术，它是德国GKSS研究中心1999年发明的一种固相点焊方法。美国专利US 6,722,556 B2中，焊点与母材之间形成了两个连接界面：水平连接界面和竖直连接界面。水平连接界面即为搭接界面，材料在热和力的共同作用下变形、流动、界面接触并扩散融合，由平面分离状态变成曲面结合状态，因此水平连接界面连接质量较高。竖直连接界面是由于搅拌套向下摩擦挤压运动、剪切母材而形成的，搅拌套上升时，填入瞬时空腔的材料和外侧母材接触扩散连接，由于竖直连接界面外侧母材温度较低，该连接面形成可靠连接的条件比较苛刻，因此竖直连接界面成为焊点最薄弱的区域。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种三动环搅拌摩擦点焊工具及其点焊方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种三动环搅拌摩擦点焊工具，包括搅拌针、内套环、外套环、压紧套及下支撑，其中，待焊工件压紧在压紧套和下支撑之间，搅拌针设置在内套环内，内套环设置在外套环内，外套环设置在压紧套内。

所述搅拌针、内套环及外套环与待焊工件摩擦形成塑性流动材料区域。

所述待焊工件数量为若干个，依次压紧在压紧套和下支撑之间。

一种三动环搅拌摩擦点焊方法，包括如下过程：

第一步，压紧套和下支撑将若干个待焊工件压紧，搅拌针、内套环、外套环高速旋转，在待焊工件表面摩擦，产生的摩擦热使待焊工件表面塑化，形成塑性流动材料区域；

第二步，搅拌针、内套环、外套环处于高速旋转状态，同时搅拌针向上运动、内套环、外套环向下运动；外套环向下运动行程小于内套环向下运动行程，塑性流动材料区域逐渐扩大，内套环、外套环把塑性金属挤压到搅拌针和内套环相对运动形成的空间中；

第三步，搅拌针、内套环、外套环处于高速旋转状态，搅拌针继续向上运动、内套环、外套环继续向下运动，外套环向下运动行程不超过第一待焊工件的厚度，内套环向下运动行程稍微超过第一待焊工件的厚度，使第二待焊工件上表面也开始塑化，形成的塑性流动材料区域继续扩大，塑性金属仍然储存在搅拌针和内套环相对运动形成的空间中；

第四步，搅拌针、内套环、外套环处于高速旋转状态，内套环到达焊接深度后，开始向上运动，外套环也开始向上运动，搅拌针开始向下运动，塑性金属开始往回流动；

第五步，内套环、外套环向上运动回到初始位置，搅拌针向下运动回到初始位置，搅拌针、内套环、外套环停止旋转运动，冷却后，塑性流动材料区域形成了一个焊点；

第六步，搅拌针、内套环、外套环的轴向运动被精确控制，塑性流动材料完全回填到内套环、外套环上运动时留下的空间，保证了工件表面平整，点焊过程完成。

所述第三步中第二待焊工件数量为若干个，内套环继续向下运动穿透第一个第二待焊工件，并在第若干个第二待焊工件上表面形成塑性流动材料区域。

本发明为了提高焊点的强度，提供了一种三动环搅拌摩擦点焊工具及其点焊方法，该点焊工具包括压紧套、外套环、内套环和搅拌针，外套环、内套环和搅拌针高速旋转，与工件摩擦，为系统提供热量。外套环向下剪切运动行程不超过上层工件厚度，内套环向下剪切运动行程稍微超出上层工件厚度，这样将形成两段不连续的阶梯状竖直连接界面，两个竖直连接界面由一水平连接界面连接，从而增强了焊点强度。

附图说明

图1为本发明点焊工具的结构示意图；

图2为本发明点焊方法的过程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的三动环搅拌摩擦点焊工具，包括搅拌针1、内套环2、外套环3、压紧套4、及下支撑8。第一待焊工件6、第二待焊工件7压紧在压紧套4和下支撑8之间，搅拌针1工作在内套环2内，内套环2工作在外套环3内，外套环3工作在压紧套4内，搅拌针1、内套环2、外套环3与第一待焊工件6、第二待焊工件7摩擦生热。

实施例2

如图2所示，本实施例为利用实施例1提供的三动环搅拌摩擦点焊工具的点焊方法，包括如下过程：

第一步，压紧套4和点焊下支撑8将第一待焊工件6及第二待焊工件7压紧，搅拌针1、内套环2、外套环3高速旋转，在第一待焊工件6表面摩擦，产生的摩擦热使第一待焊工件6表面塑化，形成塑性流动材料区域5，如图2(a)所示。

第二步，搅拌针1、内套环2、外套环3处于高速旋转状态，同时搅拌针1向上运动、内套环2、外套环3向下运动，外套环3向下运动行程小于内套环2向下运动行程。形成的塑性流动材料区域5逐渐扩大，内套环2、外套环3把塑性金属挤压到搅拌针1和内套环2相对运动形成的空间中，如图2(b)所示。

第三步，搅拌针1、内套环2、外套环3处于高速旋转状态，搅拌针1继续向上运动、内套环2、外套环3继续向下运动，外套环3向下运动行程不超过第一待焊工件6的厚度，内套环2向下运动行程稍微超过第一待焊工件6的厚度，即内套环2穿过第二待焊工件7的上表面，使第二待焊工件7也开始塑化，形成的塑性流动材料区域5继续扩大，塑性金属仍然储存在搅拌针1和内套环2相对运动形成的空间中，如图2(c)所示。

第四步，搅拌针1、内套环2、外套环3处于高速旋转状态，内套环2到达焊接深度后，开始向上运动，外套环3也开始向上运动，搅拌针1开始向下运动，塑性金属开始往回流动，如图2(d)所示。

第五步，内套环2、外套环3向上运动回到初始位置，搅拌针1向下运动回到初始位置，搅拌针1、内套环2、外套环3停止旋转运动，冷却后，塑性流动材料区域5形成了一个焊点，如图2(e)所示。

第六步，搅拌针1、内套环2、外套环3的轴向运动被精确控制，塑性流动材料完全回填到内套环2、外套环3向上运动时留下的空间，保证了工件表面平整。

在本实施例中，搅拌针1、内套环2同向旋转，外套环3反向旋转，避免在第一待焊工件6、第二待焊工件7上形成较大的旋转力矩。

本实施例可以用于不同材质的工件的搅拌摩擦点焊连接。

本实施例可以用于若干个待焊工件的搅拌摩擦点焊，只要内套环2继续向下运动穿透第一个第二待焊工件，并在第若干个第二待焊工件上表面形成塑性流动材料区域即可。

Claims (2)

1.一种利用三动环搅拌摩擦点焊工具的点焊方法，所述三动环搅拌摩擦点焊工具包括搅拌针、内套环、外套环、压紧套及下支撑，搅拌针设置在内套环内，内套环设置在外套环内，外套环设置在压紧套内；其特征在于，点焊方法包括如下过程：

第一步，压紧套和下支撑将若干个待焊工件压紧，搅拌针、内套环、外套环高速旋转，在待焊工件表面摩擦，产生的摩擦热使待焊工件表面塑化，形成塑性流动材料区域；

第二步，搅拌针、内套环、外套环处于高速旋转状态，同时搅拌针向上运动、内套环、外套环向下运动；外套环向下运动行程小于内套环向下运动行程，塑性流动材料区域逐渐扩大，内套环、外套环把塑性金属挤压到搅拌针和内套环相对运动形成的空间中；

第三步，搅拌针、内套环、外套环处于高速旋转状态，搅拌针继续向上运动、内套环、外套环继续向下运动，外套环向下运动行程不超过第一待焊工件的厚度，内套环向下运动行程稍微超过第一待焊工件的厚度，使第二待焊工件上表面也开始塑化，形成的塑性流动材料区域继续扩大，塑性金属仍然储存在搅拌针和内套环相对运动形成的空间中；

第四步，搅拌针、内套环、外套环处于高速旋转状态，内套环到达焊接深度后，开始向上运动，外套环也开始向上运动，搅拌针开始向下运动，塑性金属开始往回流动；

第五步，内套环、外套环向上运动回到初始位置，搅拌针向下运动回到初始位置，搅拌针、内套环、外套环停止旋转运动，冷却后，塑性流动材料区域形成了一个焊点；

第六步，搅拌针、内套环、外套环的轴向运动被精确控制，塑性流动材料完全回填到内套环、外套环上运动时留下的空间，保证了工件表面平整，点焊过程完成。

2.根据权利要求1所述的利用三动环搅拌摩擦点焊工具的点焊方法，其特征在于，所述第三步中第二待焊工件数量为若干个，内套环继续向下运动穿透第一个第二待焊工件，并在第若干个第二待焊工件上表面形成塑性流动材料区域。