CN102922125B - 填充式搅拌摩擦焊焊接t型接头内侧角焊缝的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种填充式搅拌摩擦焊焊接T型接头内侧角焊缝的方法及装置，该方法采用特定的夹具使T型接头内侧角焊缝处于平焊位置，并在内侧角焊缝位置镶嵌与母材同质的工艺辅助垫块，在T型接头内侧角焊缝处构成搅拌头轴肩摩擦所需的平面，利用垫块与搅拌头轴肩产生的摩擦热加热T型接头焊缝，并在搅拌针的热机联合作用下形成搅拌摩擦焊焊缝；本发明中用于实现该方法的装置，结构独特，成本低廉，通用性强。本发明的方法和装置可以实现搅拌摩擦焊对于T型接头内侧角焊缝的焊接，且由于同质垫块与母材融为一体，能够增加焊缝余高，接头强度提高。

Description

填充式搅拌摩擦焊焊接T型接头内侧角焊缝的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦焊方法及用于实施这种方法的装置，特别是一种填充式搅拌摩擦焊焊接T型接头内侧角焊缝的方法及装置。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种新型低温固相连接的技术，其特点在于焊接热影响区显微组织变化小，残余应力比较低，焊接工件变形小，可焊热裂纹敏感材料，适合异种材料的焊接，且操作过程方便，易于实现机械化、自动化，设备简单，能耗低，功效高，并且无需添加焊丝，焊铝合金、镁合金时不需焊前除氧化膜，不需要保护气体，成本低，焊接过程安全、无污染、无烟尘、无辐射等。这一系列的特点使搅拌摩擦焊受到了各国的广泛关注和研究，在航天航空、船舶、高速列车、装甲战车等领域有着广泛的应用。

T型接头是焊件的断面与另一焊接表面构成直角或近似直角的接头，在焊接结构中被广泛应用。搅拌摩擦焊焊接时，搅拌头轴肩必须与被焊材料紧密接触，为焊接过程提供足够的摩擦热，同时熔融的金属要填满搅拌头轴肩处的空腔才能保证形成致密无缺陷的焊缝，而T型接头内侧的角焊缝成直角，所以采用搅拌摩擦焊的方法无法直接焊接T型接头内侧的角焊缝。

目前，搅拌摩擦焊对于角接焊缝的连接多采用在外侧镶嵌垫块的方式，实现将任意角度角接焊缝顶部转化成平面，从而转化为类似平板对接焊进行焊接。这种方法存在以下缺陷：制作外侧垫块成本大，利用率不高，焊接结束后还需将垫块的多余部分利用刨铣等方法加工去处，工序繁杂，不适合批量生产时使用。同时，外加垫块的方式对于特殊的T型接头而言，并不能使其角接处形成摩擦平面，即对于T型接头，外嵌垫块的工艺方法失效。以往对于较为特殊的角接焊缝T型接头的焊接方法的相关专利多集中在熔化焊，搅拌摩擦焊由于其对焊接位置的要求尚未出现相关专利。

发明内容

本发明主要解决的问题在于，如何将焊接部位转化成可供轴肩摩擦的平面，从而实现T型接头的搅拌摩擦焊。

根据T型接头的位置特征，本发明设计特定的夹具，并利用特定的垫块，实现搅拌摩擦焊对于T型接头焊接的可能。搅拌头在与构成平面结构垫块的热机作用中，将搅拌头轴肩产生的热量高效传入待焊件接头金属中，并在搅拌棒的热机联合作用下，实现T型接头高质量的连接。

本发明公的一种填充式搅拌摩擦焊焊接T型接头内侧角焊缝的方法，将待焊的一组母材置于夹具中，利用镶嵌与母材同质且截面为等腰直角三角形的工艺辅助垫块填充T型接头，使T型接头内侧角接部分获得搅拌头轴肩摩擦所需的平面，将难以实现搅拌摩擦焊的T型接头转化为平板对接焊。

该方法中，所述夹具包括相互对应并且可相对滑动的第一分体和第二分体，第一分体和第二分体相互移动改变间距以适应不同厚度母材的装夹要求；所述第一分体接触母材的一面与水平面成α=45°，第二分体接触母材部分的两斜面夹角β=90°，第一分体和第二分体的对接开口为γ=90°。

该方法中，工艺辅助垫块的横截面的斜边长度大于所使用的搅拌头的轴肩直径；焊接时采用搅拌针，搅拌针的长度大于工艺辅助垫块横截面斜边上的高，以保证焊透。

本发明还公开了一种用于实施上述方法的装置，包括夹具、带有搅拌针的搅拌头、用于填充T型接头并且与母材同质的工艺辅助垫块，所述夹具包括相互对应并且可相对滑动的第一分体和第二分体，所述第一分体接触母材的一面与水平面成α=45°，第二分体接触母材部分的两斜面夹角β=90°，第一分体和第二分体的对接开口为γ=90°；所述工艺辅助垫块的横截面为等腰直角三角形，其斜边的长度大于搅拌头的轴肩直径；搅拌针的长度大于工艺辅助垫块横截面斜边上的高。

有益效果：本发明的一种填充式搅拌摩擦焊焊接T型接头内侧角焊缝的方法，采用特定的夹具使T型接头内侧角焊缝处于平焊位置，并在内侧角焊缝位置镶嵌与母材同质的工艺辅助垫块，在T型接头内侧角焊缝处构成搅拌头轴肩摩擦所需的平面，利用垫块与搅拌头轴肩产生的摩擦热加热T型接头焊缝，并在搅拌针的热机联合作用下形成搅拌摩擦焊焊缝；本发明的用于实现该方法的装置，结构独特，成本低廉，通用性强。本发明的方法和装置可以实现搅拌摩擦焊对于T型接头内侧角焊缝的焊接，且由于同质垫块与母材融为一体，能够增加焊缝余高，接头强度提高。

附图说明

图1为本发明的工作原理图；

图2为T型接头焊缝断面形态图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明是通过采用特定的夹具及工艺辅助垫块5与实际焊件相配合，为搅拌头6轴肩提供摩擦平面，从而实现搅拌摩擦焊焊接T型接头内侧角焊缝。

如图1所示，本发明中用于实现焊接方法的装置，包括夹具、带有搅拌针7的搅拌头6、用于填充T型接头并且与母材同质的工艺辅助垫块5，夹具包括相互对应并且可相对滑动的第一分体1和第二分体2，第一分体1接触母材的一面与水平面成α=45°，第二分体2接触母材部分的两斜面夹角β=90°，第一分体1和第二分体2的对接开口为γ=90°；工艺辅助垫块5的横截面为等腰直角三角形，其斜边的长度a大于搅拌头6的轴肩直径d；搅拌针7的长度l大于工艺辅助垫块5横截面斜边上的高h。

本实施例中，母材包括第一待焊件3和第二待焊件4，夹具之间的开口γ=90°，将第一待焊件3和第二待焊件4贴合夹具装夹，从而形成T型接头形式，调整夹具的第一分体1和第二分体2从而固定第一待焊件3和第二待焊件4；将工艺辅助垫块5置于第一待焊件3和第二待焊件4固定后所成的90°角中，工艺辅助垫块5的材料与焊件同质，尺寸依据工艺需要设计，工艺辅助垫块5的横截面为等腰直角三角形，从而保证形成焊接的水平面；该工艺辅助垫块5的主要作用便是为搅拌摩擦焊的轴肩在T型接头处形成一个摩擦平面，把T型接头焊接转化为平板对接焊，通过搅拌头6与工艺辅助垫块5表面的摩擦和搅拌针7的搅动，把产生的热传给实际待焊的焊件。

搅拌头6通过对工艺辅助垫块5所形成的平面摩擦产生热量传递给焊接板上，使焊接板在一定的区域金属塑化达到可搅拌的情况，然后在其搅拌针7的搅拌作用下完成搅拌摩擦焊。

焊接完成工艺辅助垫块5与母材融为一体，形成具有一定焊缝余高的角焊缝，同理，T型接头另一侧的角焊缝可采用同种方法焊接。图2为采用本发明的焊接方法焊接T型接头的焊缝断面形态图。

本发明的方法，在T型接头内部镶嵌同质的工艺辅助垫块5构成平面，既能保证为搅拌摩擦焊轴肩提供摩擦平面，同时，焊接过后工艺辅助垫块5与母材焊件融为一体，增加了角焊缝的余高，达到提高接头性能的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种填充式搅拌摩擦焊焊接T型接头内侧角焊缝的方法，其特征在于：将待焊的一组母材置于夹具中，利用镶嵌与母材同质且横截面为等腰直角三角形的工艺辅助垫块(5)填充T型接头，使T型接头内侧角接部分获得搅拌头(6)轴肩摩擦所需的平面，将难以实现搅拌摩擦焊的T型接头转化为平板对接焊；所述夹具包括相互对应并且可相对滑动的第一分体(1)和第二分体(2)，所述第一分体(1)接触母材的一面与水平面成α＝45°，第二分体(2)接触母材部分的两斜面夹角β＝90°，第一分体(1)和第二分体(2)的对接开口为γ＝90°。

2.根据权利要求1所述的填充式搅拌摩擦焊焊接T型接头内侧角焊缝的方法，其特征在于：所述工艺辅助垫块(5)的横截面的斜边长度大于所使用的搅拌头(6)的轴肩直径。

3.根据权利要求2所述的填充式搅拌摩擦焊焊接T型接头内侧角焊缝的方法，其特征在于：焊接时采用搅拌针(7)，搅拌针(7)的长度大于工艺辅助垫块(5)横截面斜边上的高。

4.一种用于实施权利要求1所述方法的装置，其特征在于：包括夹具、带有搅拌针(7)的搅拌头(6)、用于填充T型接头并且与母材同质的工艺辅助垫块(5)，所述夹具包括相互对应并且可相对滑动的第一分体(1)和第二分体(2)，所述第一分体(1)接触母材的一面与水平面成α＝45°，第二分体(2)接触母材部分的两斜面夹角β＝90°，第一分体(1)和第二分体(2)的对接开口为γ＝90°；所述工艺辅助垫块(5)的横截面为等腰直角三角形。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述工艺辅助垫块(5)横截面斜边的长度大于搅拌头(6)的轴肩直径。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述搅拌针(7)的长度大于工艺辅助垫块(5)横截面斜边上的高。