CN103612009A - 在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法，它涉及搅拌摩擦焊接方法。它有效解决了常规搅拌摩擦焊工艺中搅拌头扎入材料阶段时因“冷态”硬摩擦导致搅拌头严重磨损的问题。本发明的方法为：一、在两个被焊材料的焊接起始处装配一个软质材料；二、将搅拌头对准软质材料的中心，并开始旋转、向软质材料运动；三、待搅拌头上的轴肩于软质材料表面接触后，搅拌头继续旋转20秒-40秒，搅拌头与被焊材料摩擦产热并传导至两个被焊材料使被焊材料充分软化；四、搅拌头沿对接面运动完成焊接。本发明在两个被焊材料的焊接起始处装配一个软质材料，降低搅拌头的磨损，工艺简便，成本低廉，易于实现。

Description

在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊接方法，具体涉及焊接硬化状态铝合金时减少搅拌头磨损的方法。
背景技术
搅拌摩擦焊的基本原理为：在焊接过程中，利用高速旋转的搅拌头与被焊材料摩擦产生的热量使被焊材料局部塑化，当搅拌头沿着对接面移动时，塑化的材料在搅拌头的挤压下形成致密的固相焊缝。焊接过程可分为搅拌头扎入和平移焊接两个阶段。从发明至今，搅拌摩擦焊已成功焊接铝合金、镁合金等材料。但在焊接硬化状态的铝合金（2219-T87、2A14-T6）时，搅拌头扎入被焊材料阶段，由于被焊材料为“冷态”，被焊材料硬度大导致搅拌头出现较为明显的磨损。在稳态焊接阶段，被焊材料被充分加热而软化，两者之间磨损很小。搅拌头制作成本高昂，扎入阶段的磨损降低了搅拌头的使用寿命，降低搅拌摩擦焊接技术的经济效益。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明为了解决常规搅拌摩擦焊起始阶段搅拌头扎入被焊材料时属于“冷态”摩擦，由于被焊材料硬度大而导致的搅拌头明显磨损，降低搅拌头的使用寿命，降低搅拌摩擦焊接技术的经济效益。本发明提供了一种在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法，解决上述问题的具体技术方案如下：
根据本发明提供的在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法，包括如下步骤：
步骤一、根据被焊材料3的厚度，在两个被焊材料3的焊接起始处装配一个软质材料2，软质材料2的厚度与被焊材料3的厚度相同，宽度为被焊材料3的5～8倍，长度为被焊材料3的5～8倍；
步骤二、将搅拌头1对准软质材料2的中心，并开始以300rpm～1000rpm的旋转速度旋转、并以0.1mm/min～2.0mm/min的速度向软质材料2运动；
步骤三、搅拌头1的轴肩11与软质材料2接触后，搅拌头1在软质材料2中旋转摩擦，搅拌头1与软质材料2摩擦产热，热量传导至被焊材料3，使被焊材料3充分软化；
步骤四、搅拌头1沿对接面31以300rpm～1000rpm的旋转速度旋转、并以500mm/min～300mm/min的速度向焊接终止处运动，完成焊接。
优选地，软质材料2为与被焊材料3同牌号的退火后软化的比被焊材料3硬度低的铝合金。
优选地，软质材料2与被焊材料3焊接或者是机械压紧方式紧密贴合。
优选地，软质材料2的宽度为被焊材料3的5～6倍，长度为被焊材料3的5～6倍。
优选地，步骤三中搅拌头1在软质材料2中旋转摩擦20秒～40秒。
优选地，被焊材料3为硬化状态的铝合金。
优选地，搅拌头1在软质材料2和被焊材料3中的旋转速度不同。
优选地，在步骤一中，针对6mm厚的2219～T87铝合金材料的搅拌摩擦焊，使用2219-O铝合金或者1060铝合金作为软质材料，软质材料尺寸为6mm（厚度）×40mm（宽度）×40mm（长度）；步骤二中搅拌头以800rpm旋转速度、1.0mm/min速度扎入软质材料；步骤三中搅拌头旋转摩擦30秒；步骤四中旋转速度为800rpm，速度为100mm/min。
优选地，在步骤一中，针对5mm厚的2A14-T6铝合金材料的搅拌摩擦焊，使用2A14-O铝合金或者5A06-O铝合金作为软质材料，软质材料尺寸为5mm（厚度）×35mm（宽度）×40mm（长度）；步骤二中搅拌头以600rpm旋转速度、1.0mm/min速度扎入软质材料；步骤三中搅拌头旋转摩擦30秒；步骤四中旋转速度为800rpm，速度为150mm/min。
优选地，软质材料2为与被焊材料3同牌号的退火后软化的铝合金或纯铝。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明在两个被焊材料的焊接起始处装配一个软质材料，使搅拌头扎入时与软质材料摩擦，由于软质材料硬度小，搅拌头磨损小；搅拌头与软质材料摩擦产热并传导至被焊材料使之被充分软化，搅拌头平移焊接时，搅拌头磨损量与常规搅拌摩擦焊相当，即降低了整个焊接过程中的搅拌头磨损量。而且本发明工艺简便，易于实现提高搅拌头的寿命，提高了搅拌摩擦焊技术的经济效益。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明所提供方法实施的示意图。
图中：
1是搅拌头；
11是搅拌头轴肩；
2是软质材料；
3是被焊材料；
31是对接面。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
具体实施方式一：结合图1描述本实施方式。本实施方式方法的步骤如下：
步骤一、根据被焊材料的厚度，在两个被焊材料的焊接起始处装配一个软质材料，软质材料厚度与被焊材料厚度相同，宽度为被焊材料的5-8倍，长度为被焊材料的5-8倍。
步骤二、将搅拌头对准软质材料的中心，并开始以300rpm-1000rpm的旋转速度旋转、并以0.1mm/min-2.0mm/min的速度向软质材料运动；
步骤三、搅拌头的轴肩与软质材料接触后，搅拌头在软质材料中旋转摩擦20秒～40秒，搅拌头与软质材料摩擦产热，热量传导至被焊材料，使被焊材料充分软化。
步骤四、搅拌头沿对接面以300rpm-1000rpm的旋转速度旋转、并以500mm/min-300mm/min的速度向左运动，完成焊接。
具体实施方式二：本实施方式可以视为具体实施方式一的优选例。具体地，步骤一中采用6mm厚的2219-T87铝合金材料进行搅拌摩擦焊，使用2219-O铝合金或者1060铝合金作为软质材料，软质材料尺寸为6mm（厚度）*40mm（宽度）*40mm（长度）；步骤二中搅拌头以800rpm旋转速度、1.0mm/min速度扎入软质材料；步骤三中搅拌头旋转摩擦30秒；步骤四中旋转速度为800rpm，速度为100mm/min。
具体实施方式三：本实施方式可以视为具体实施方式一的优选例。具体地，步骤一中采用5mm厚的2A14-T6铝合金材料进行搅拌摩擦焊，使用2A14-O铝合金或者5A06-O铝合金作为软质材料，软质材料尺寸为5mm（厚度）*35mm（宽度）*40mm（长度）；步骤二中搅拌头以600rpm旋转速度、1.0mm/min速度扎入软质材料；步骤三中搅拌头旋转摩擦30秒；步骤四中旋转速度为800rpm，速度为150mm/min。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、根据被焊材料（3）的厚度，在两个被焊材料（3）的焊接起始处装配一个软质材料（2），软质材料（2）的厚度与被焊材料（3）的厚度相同，宽度为被焊材料（3）的5～8倍，长度为被焊材料（3）的5～8倍；
步骤二、将搅拌头（1）对准软质材料（2）的中心，并开始以300rpm～1000rpm的旋转速度旋转、并以0.1mm/min～2.0mm/min的速度向软质材料（2）运动；
步骤三、搅拌头（1）的轴肩（11）与软质材料（2）接触后，搅拌头（1）在软质材料（2）中旋转摩擦，搅拌头（1）与软质材料（2）摩擦产热，热量传导至被焊材料（3），使被焊材料（3）充分软化；
步骤四、搅拌头（1）沿对接面（31）以300rpm～1000rpm的旋转速度旋转、并以500mm/min～300mm/min的速度向焊接终止处运动，完成焊接。
2.根据权利要求1所述的在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法，其特征在于，软质材料（2）为与被焊材料（3）同牌号的退火后软化的比被焊材料（3）硬度低的铝合金。
3.根据权利要求1所述的在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法，其特征在于，软质材料（2）与被焊材料（3）焊接或者是机械压紧方式紧密贴合。
4.根据权利要求1所述的在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法，其特征在于，软质材料（2）的宽度为被焊材料（3）的5～6倍，长度为被焊材料（3）的5～6倍。
5.根据权利要求1所述的在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法，其特征在于，步骤三中搅拌头（1）在软质材料（2）中旋转摩擦20秒～40秒。
6.根据权利要求1所述的在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法，其特征在于，被焊材料（3）为硬化状态的铝合金。
7.根据权利要求1所述的在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法，其特征在于，搅拌头（1）在软质材料（2）和被焊材料（3）中的旋转速度不同。
8.根据权利要求1所述的在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法，其特征在于，在步骤一中，针对6mm厚的2219～T87铝合金材料的搅拌摩擦焊，使用2219-O铝合金或者1060铝合金作为软质材料，软质材料尺寸为6mm（厚度）×40mm（宽度）×40mm（长度）；步骤二中搅拌头以800rpm旋转速度、1.0mm/min速度扎入软质材料；步骤三中搅拌头旋转摩擦30秒；步骤四中旋转速度为800rpm，速度为100mm/min。
9.根据权利要求1所述的在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法，其特征在于，在步骤一中，针对5mm厚的2A14-T6铝合金材料的搅拌摩擦焊，使用2A14-O铝合金或者5A06-O铝合金作为软质材料，软质材料尺寸为5mm（厚度）×35mm（宽度）×40mm（长度）；步骤二中搅拌头以600rpm旋转速度、1.0mm/min速度扎入软质材料；步骤三中搅拌头旋转摩擦30秒；步骤四中旋转速度为800rpm，速度为150mm/min。
10.根据权利要求1所述的在搅拌摩擦焊工艺中减少搅拌头磨损的方法，其特征在于，软质材料（2）为与被焊材料（3）同牌号的退火后软化的铝合金或纯铝。
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