CN102909472A - 搅拌摩擦补焊工艺及采用该补焊工艺的搅拌摩擦焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种搅拌摩擦补焊工艺，用于消除工件上的焊接缺陷区域，其包括以下步骤：提供一个补焊工具，补焊工具包括一个驱动件及由驱动件驱动的搅拌棒，搅拌棒具有一个工作端部且工作端部的截面边缘上相距最远的两点之间的距离大于焊接缺陷区域的最大直径；控制搅拌棒旋转并以工作端部扎入焊接缺陷区域相邻区域；将搅拌棒沿朝向焊接缺陷区域进给移动以完全覆盖焊接缺陷区域；将搅拌棒拔出，使焊接缺陷区域冷却。本发明还提供一种采用该补焊工艺的搅拌摩擦焊接方法。由于该补焊工具仅包括驱动件和搅拌棒，因而其制造成本较低，且该搅拌摩擦补焊工艺可节约工序与工时。

Description

搅拌摩擦补焊工艺及采用该补焊工艺的搅拌摩擦焊接方法
技术领域
本发明涉及一种补焊工艺，尤其涉及一种搅拌摩擦补焊工艺及采用该补焊工艺的搅拌摩擦焊接方法。
背景技术
电子装置一般包括金属壳体，有的金属壳体由于结构的限制不能采用压铸方式一次成型。这种金属壳体一般包括本体及盖板，并通过搅拌摩擦焊接方法将本体与盖板接合在一起以形成金属壳体。而搅拌摩擦焊接通常会在该金属壳体上产生焊接缺陷。例如搅拌摩擦焊接将搅拌针拔出时，其周缘软化的金属流入搅拌针拔出后所余留的空间，由于软化金属具有一定的黏滞作用，因而导致该余留的空间不会被填满，从而产生一定的凹陷并在凹陷周缘产生一些异形的凸起，严重影响到产品的美观度。
为了增加金属壳体的美观度，需要在搅拌摩擦焊接时增加补焊步骤以消除金属壳体的焊接缺陷。常用的补焊工艺为熔焊，即利用焊条将接缺陷区域的金属熔化并凝固于一起，但这种熔焊式补焊工艺会导致金属壳体的结构强度降低。业界为增加金属壳体经补焊后的结构强度，常用带有自耗搅拌针的搅拌摩擦焊接工具进行补焊，但是这种补焊工具每次焊接都需要安装搅拌针，因此制造成本较高，且搅拌针需在焊接缺陷区域往复移动多次才能将其搅拌均匀，工序较多，耗时较长。
发明内容
鉴于上述情况，有必要提供一种能够节省工序和工时的搅拌摩擦补焊工艺及采用该补焊工艺的搅拌摩擦焊接方法。
一种搅拌摩擦补焊工艺，用于消除工件上的焊接缺陷区域，其包括以下步骤：提供一个补焊工具，补焊工具包括一个驱动件及由驱动件驱动的搅拌棒，搅拌棒具有一个工作端部且工作端部的截面边缘上相距最远的两点之间的距离大于焊接缺陷区域的最大直径；控制搅拌棒旋转并以工作端部扎入焊接缺陷区域相邻区域；将搅拌棒沿朝向焊接缺陷区域进给移动以完全覆盖焊接缺陷区域；将搅拌棒拔出，使焊接缺陷区域冷却。
一种搅拌摩擦焊接方法，其包括以下步骤：提供两个金属元件；将该两个金属元件拼接形成一条接合线；提供一个搅拌摩擦焊接工具，该搅拌摩擦焊接工具包括驱动件、由驱动件带动的轴肩及设置于轴肩上的搅拌针；将该搅拌针旋转并沿着接合线插入该两个金属元件之间，搅拌针摩擦邻近材料并使邻近材料因摩擦热量而软化；将搅拌针沿着接合线的切线方向进给移动以形成焊接区域；将搅拌针拔出，使焊接区域冷却以使两个金属元件接合，该两个金属元件产生有焊接缺陷区域；利用搅拌摩擦补焊工艺对焊接缺陷区域进行补焊以消除焊接缺陷，该搅拌摩擦补焊工艺包括以下步骤：提供一个补焊工具，补焊工具包括一个驱动件及由驱动件驱动的搅拌棒，搅拌棒具有一个工作端部且工作端部的截面边缘上相距最远的两点之间的距离大于焊接缺陷区域的最大直径；控制搅拌棒旋转并以工作端部扎入焊接缺陷区域相邻区域；将搅拌棒沿朝向焊接缺陷区域进给移动以完全覆盖焊接缺陷区域；将搅拌棒拔出，使焊接缺陷区域冷却。
由于该补焊工具仅包括驱动件和搅拌棒，因而其制造成本较低。将搅拌棒旋转并以其工作端部扎入焊接缺陷区域且沿朝向焊接缺陷区域进给移动一次即可使焊接缺陷区域的金属材料软化且将该软化的金属材料搅拌均匀，从而于冷却后形成一个整体式结构，因而该搅拌摩擦补焊工艺可节约工序与工时。
附图说明
图1是本发明实施方式的搅拌摩擦焊接方法中所采用的搅拌摩擦焊接工具对金属壳体进行焊接时的示意图。
图2是本发明实施方式的搅拌摩擦焊接方法在焊接金属壳体时的流程示意图。
图3是本发明实施方式的搅拌摩擦补焊工艺采用的补焊工具对金属壳体进行补焊时的立体示意图。
图4是图3所示补焊工具的立体放大图。
图5是本发明实施方式的搅拌摩擦补焊工艺对金属壳体进行补焊时的流程示意图。
图6是图3所示补焊工具补焊路径示意图。
图7是图3所示金属壳体经补焊后的立体示意图。
主要元件符号说明
金属壳体 100
搅拌摩擦焊接工具 200
补焊工具 300
本体 101
盖板 102
接合线 103
待焊接区域 104
焊接缺陷区域 105
轴肩 210
端面 211
搅拌针 220
圆周面 221
搅拌棒 301
工作端部 3011
圆周侧面 3013
凹面 3015
刃尖 3017
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明的搅拌摩擦焊接方法用于对两个金属元件进行焊接以使其接合。在本实施方式中，该两个金属元件分别为本体101与盖板102，本体101和盖板102通过搅拌摩擦焊接接合为金属壳体100。
请一并参阅图2，以下将以焊接金属壳体100为例对本实施方式的搅拌摩擦焊接方法进行详细描述。
在步骤S201中，提供本体101及盖板102。在本实施方式中，本体101与盖板102为铝合金材料制成。
在步骤S202中，将盖板102贴合于本体101上并于其贴合位置处对应形成一条接合线103。在本实施方式中，接合线103处于本体101及盖板102的侧面。以接合线103为中轴线于盖板102与本体101相接处定义出一个沿着接合线103延伸的待焊接区域104。在本实施方式中，待焊接区域104为狭条状。
在步骤S203中，提供一个搅拌摩擦焊接工具200，该搅拌摩擦焊接工具200包括驱动件(图未示)、由所述驱动件带动的轴肩210及设置于轴肩210上的搅拌针220。在本实施方式中，搅拌针220为非自耗搅拌针且固定设置于轴肩210远离所述驱动件的一端。轴肩210与搅拌针220呈阶梯轴状，并且轴肩210上具有一个靠近搅拌针220的端面211。搅拌针220工作末端具有一个圆周面221。
在步骤S204中，控制搅拌针220旋转并沿着接合线103扎入本体101与盖板102之间，搅拌针220摩擦邻近材料并使所述邻近材料因摩擦热量而软化。即将搅拌针220靠近待焊接区域104，轴肩210在驱动件的驱动下带动搅拌针220以2700~3000r/min的转速旋转，并沿着接合线103以20~40mm/min的速度垂直扎入盖板102与本体101之间直至轴肩210的端面211对应抵接于待焊接区域104上。搅拌针220的圆周面221与接合线103两侧的盖板102及本体101摩擦并使邻近处的金属材料软化。在本实施方式中，搅拌针220及轴肩210的转速为2800r/min，搅拌针220的扎入速度为30mm/min。
在步骤S205中，将搅拌针220沿着接合线103的切线方向进给移动以形成焊接区域。搅拌针220的进给移动速度优选为40~600 mm/min。在本实施方式在中，搅拌针220的进给移动速度为100 mm/min。可选择的是搅拌针220的旋转轴线可沿远离其移动方向偏斜一定角度，如5到6度左右。
在步骤S206中，将搅拌针220拔出，使所述焊接区域冷却。在本实施方式中，采用自然冷却方式对焊接区域进行冷却以形成金属壳体100。当然还可采用水冷、风冷等方法使焊接区域冷却，也可边焊接边对搅拌针220远离处的焊接区域进行冷却。
请参阅图3及图4，经过上述步骤处理后的金属壳体100产生焊接缺陷区域105，即搅拌摩擦焊接过程中，搅拌针220拔出时，其周缘软化的金属流入搅拌针220拔出后所余留的近似搅拌针220末端大小的凹陷，且在凹陷周缘产生一些微小凸起（图未示）。在本实施方式中，焊接缺陷区域105为将搅拌针220拔出时于焊接区域留下的圆形凹陷。
在步骤S207中，利用搅拌摩擦补焊工艺对焊接缺陷区域105进行补焊以消除焊接缺陷。请参阅图5，以下将以金属壳体100为例对本实施方式的搅拌摩擦补焊工艺进行详细描述。
在步骤S401中，提供一个补焊工具300，补焊工具300包括一个驱动件(图未示)及由驱动件驱动的搅拌棒301，搅拌棒301具有一个工作端部3011且工作端部3011的截面边缘上相距最远的两点之间的距离大于焊接缺陷区域105的最大直径。本实施方式中，搅拌棒301为圆柱杆状的轴肩且其上的工作端部3011处于搅拌棒301远离驱动件的一端。环绕工作端部3011周缘形成有圆周侧面3013并于工作端部3011的端面中心形成有凹面3015。工作端部3011的边缘相对凹面3015形成一个环形的刃尖3017。在本实施方式中，工作端部3011沿环形的刃尖3017的截面为圆形，其面积大于焊接缺陷区域105。在本实施方式中，凹面3015为由刃尖3017向内渐缩的圆弧形凹面，凹面3015的凹陷深度为0.5~1mm。
在步骤S402中，控制搅拌棒301旋转并以其工作端部3011扎入焊接缺陷区域105相邻区域。即将搅拌棒301的凹面3015靠近焊接缺陷区域105，驱动件驱动搅拌棒301以2000~4000r/min的转速旋转，然后将搅拌棒301的刃尖3017对应焊接缺陷区域105的邻近区域以50~200mm/min的速度垂直扎入。在本实施方式中，扎入后的搅拌棒301边缘与焊接缺陷区域105的边缘相切。搅拌棒301上的圆周侧面3013及凹面3015与焊接缺陷区域105的金属材料相互摩擦产生热量并使焊接缺陷区域105的金属材料软化。在本实施方式中，搅拌棒301的转速为3000r/min，其扎入速度为100mm/min。
请一并参阅图6，在步骤S403中，将搅拌棒301沿朝向焊接缺陷区域105进给移动以完全覆盖焊接缺陷区域105。搅拌棒301的移动速度为500~2000mm/min。在本实施方式中，搅拌棒301沿焊接缺陷区域105的一端沿A方向向另一端以600 mm/min的速度直线移动。
优选地，搅拌棒301的旋转轴线沿远离所述移动方向偏斜，且搅拌棒301的旋转轴线与焊接缺陷区域105的表面的法线成5度夹角。
在步骤S404中，将搅拌棒301拔出，使焊接缺陷区域105冷却。在本实施方式中，采用自然冷却方式对焊接缺陷区域105进行冷却。还可采用水冷、风冷等方法使焊接缺陷区域105冷却。
请参阅图7，经过补焊工艺处理后的金属壳体100上的焊接缺陷区域105消除了，以上完成了本实施方式的搅拌摩擦焊接方法。
可以理解，工作端部3011的截面可为长方形或正方形等其他形状，相应地，其端部的截面边缘上相距最远的两点之间的距离大于焊接缺陷区域105的最大直径。工作端部3011的端面也可以不为凹面。凹面3015的凹陷深度可以根据需要调整。
可以理解，搅拌棒301扎入焊接缺陷区域105的邻近区域后，其工作端部3011可与焊接缺陷区域105部分重叠。搅拌棒301扎入焊接缺陷区域105的邻近区域后，其工作端部3011的边缘可与焊接缺陷区域105隔开一定距离。
由于补焊工具200仅包括驱动件和搅拌棒，因而其制造成本较低，制造简易，不易损坏。将搅拌棒301旋转并以工作端部3011扎入焊接缺陷区域105并沿焊接缺陷区域105进给移动一次即可使焊接缺陷区域105的金属材料软化且将该软化的金属材料搅拌均匀，从而于冷却后形成一个整体式结构，因而该搅拌摩擦焊补焊工艺可节约工序与工时。进一步地，由于搅拌棒301的旋转轴线与焊接缺陷区域105的表面的法线成5度夹角，可使搅拌棒301在移动过程中带动凹面3015朝一侧挤压软化后的金属材料，使得软化后的金属材料均布于焊接缺陷区域105，从而使得焊接缺陷区域105的表面较为平实，达到较好的外观效果和结构强度。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种搅拌摩擦补焊工艺，用于消除工件上的焊接缺陷区域，其包括以下步骤：
提供一个补焊工具，所述补焊工具包括一个驱动件及由驱动件驱动的搅拌棒，搅拌棒具有一个工作端部且工作端部的截面边缘上相距最远的两点之间的距离大于焊接缺陷区域的最大直径；
控制所述搅拌棒旋转并以所述工作端部扎入焊接缺陷区域相邻区域；
将所述搅拌棒沿朝向所述焊接缺陷区域进给移动以完全覆盖所述焊接缺陷区域；
将所述搅拌棒拔出，使所述焊接缺陷区域冷却。
2.如权利要求1所述的搅拌摩擦补焊工艺，其特征在于：所述工作端部的端面中心形成有凹面，所述工作端部的边缘相对所述凹面形成一个环形的刃尖。
3.如权利要求2所述的补焊工艺，其特征在于：所述搅拌棒为圆柱形，所述凹面为圆弧形凹面。
4.如权利要求2所述的补焊工艺，其特征在于：所述凹面的凹陷深度为0.5~1毫米。
5.如权利要求1所述的补焊工艺，其特征在于：所述搅拌棒的转速为2000~4000转/分钟，所述搅拌棒的工作端部扎入焊接缺陷区域的速度为50~200毫米/分钟，所述搅拌棒沿朝向所述焊接缺陷区域进给移动的速度为500~2000毫米/分钟。
6.如权利要求1所述的补焊工艺，其特征在于：扎入焊接缺陷区域相邻区域后的搅拌棒的工作端部边缘与所述焊接缺陷区域的边缘相切。
7.如权利要求1所述的补焊工艺，其特征在于：扎入焊接缺陷区域相邻区域后的搅拌棒的工作端部与所述焊接缺陷区域部分重叠或隔开一定距离。
8.一种搅拌摩擦焊接方法，其包括以下步骤：
提供两个金属元件；
将所述两个金属元件拼接形成一条接合线；
提供一个搅拌摩擦焊接工具，所述搅拌摩擦焊接工具包括驱动件、由所述驱动件带动的轴肩及设置于所述轴肩上的搅拌针；
将所述搅拌针旋转并沿着所述接合线插入所述两个金属元件之间，所述搅拌针摩擦邻近材料并使所述邻近材料因摩擦热量而软化；
将所述搅拌针沿着所述接合线的切线方向进给移动以形成焊接区域；
将所述搅拌针拔出，使所述焊接区域冷却以使所述两个金属元件接合，所述两个金属元件产生有焊接缺陷区域；
利用搅拌摩擦补焊工艺对焊接缺陷区域进行补焊以消除焊接缺陷，该搅拌摩擦补焊工艺包括以下步骤：提供一个补焊工具，所述补焊工具包括一个驱动件及由驱动件驱动的搅拌棒，搅拌棒具有一个工作端部且工作端部的截面边缘上相距最远的两点之间的距离大于焊接缺陷区域的最大直径；控制所述搅拌棒旋转并以所述工作端部扎入焊接缺陷区域相邻区域；将所述搅拌棒沿朝向所述焊接缺陷区域进给移动以完全覆盖所述焊接缺陷区域；将所述搅拌棒拔出，使所述焊接缺陷区域冷却。
9.如权利要求8所述的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述搅拌棒为圆柱形，其工作端部的端面中心形成有圆弧形的凹面，所述工作端部的边缘相对所述凹面形成一个环形的刃尖，且所述凹面的凹陷深度为0.5~1毫米。
10.如权利要求8所述的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述搅拌棒的转速为2000~4000转/分钟，所述搅拌棒的工作端部扎入焊接缺陷区域的速度为50~200毫米/分钟，所述搅拌棒沿朝向所述焊接缺陷区域进给移动的速度为500~2000毫米/分钟。
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