CN103660282B - 一种热塑性塑料搅拌摩擦焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热塑性塑料搅拌摩擦焊接装置，包括搅拌头夹持部、轴肩以及搅拌摩擦使焊件发热的搅拌针，轴肩与搅拌针固定构成搅拌头，搅拌头被搅拌头夹持部固定，所述焊接装置还包括固定在所述焊件表面的开口容器以及盛放在所述开口容器里的液体介质，所述开口容器与焊件表面的接触部分密封固定。该装置结构简单、小巧，且便于安装，能够有效解决热塑性塑料搅拌摩擦焊接过程中温度梯度过大的问题，改善了焊接区域的温度场分布；焊接部位材料能够进行充分混合，优化了焊件的成形性能；在焊接过程中及焊后可以有效控制焊件的冷却速度，提高了热塑性塑料搅拌摩擦焊焊接接头的强度。

Description

一种热塑性塑料搅拌摩擦焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及一种热塑性塑料的搅拌摩擦焊的焊接装置及其焊接方法，属于塑料焊接领域。

背景技术

搅拌摩擦焊是由英国焊接研究所于1991年研究开发的一种新型固相连接技术。由于在焊接过程中材料没有发生熔化，接头可以避免气孔、夹渣、裂纹等缺陷，获得的接头强度高，焊后工件的变形较小，同时焊接过程简单，成本较低，是一种清洁的加工制造技术。目前被广泛应用于铝、镁等合金的焊接，以及宇航制造工业、汽车和船舶制造业等领域，并且在建筑、能源、电力等领域也有广阔的应用前景。

热塑性塑料由于其高的比强度、良好的韧性等优点被广泛地应用于汽车制造等工程领域。近几年来，将搅拌摩擦焊技术用于热塑性塑料的连接引起了很多学者的关注，但是由于热塑性塑料热导率低，容易引起焊件周围温度梯度过大，同时热塑性塑料凝固时间短，焊接部位材料不易充分混合而形成孔洞，这些缺陷往往导致焊缝成形困难，焊接接头强度下降，不能满足工程上的要求。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种优化热塑性塑料搅拌摩擦焊热场的装置及焊接方法，该装置能够改善焊件的温度场分布，同时，在焊接过程中及焊后可以有效控制焊件的冷却速度，提高了焊接接头的性能。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种热塑性塑料搅拌摩擦焊接装置，包括搅拌头夹持部、轴肩以及搅拌摩擦使焊件发热的搅拌针，轴肩与搅拌针固定构成搅拌头，搅拌头被搅拌头夹持部固定，所述热塑性塑料搅拌摩擦焊接装置还包括固定在所述焊件表面的开口容器以及盛放在所述开口容器里的液体介质，所述开口容器与焊件表面的接触部分密封固定。

进一步的，所述盛放在开口容器里的液体介质为水。

一种使用所述的热塑性塑料搅拌摩擦焊接装置的搅拌摩擦焊接方法，其步骤如下：

步骤1，将所述焊件表面进行去污等预处理后安装在工作台上，并用夹具固定；

步骤2，将所述开口容器固定在焊件表面，并用密封胶固定开口容器与焊件的接触部分，在开口容器里面盛放所述液体介质，使所述搅拌头以及搅拌头与焊件搅拌摩擦焊接部位处于所述液体介质中；

步骤3，将所述搅拌头安装在搅拌摩擦焊机上，并运动到待焊位置；

步骤4，从起点开始焊接，到达终点后结束焊接，并停止主轴运动，使整个焊接过程在所述液体介质中完成；

步骤5，待所述液体介质冷却后将其取出，将焊件取下，完成焊接。

采用上述方案后，本发明的一种优化热塑性塑料搅拌摩擦焊热场的装置，该装置结构简单、小巧，且便于安装，能够有效解决热塑性塑料搅拌摩擦焊接过程中温度梯度过大的问题，改善了焊接区域的温度场分布；焊接部位材料能够进行充分混合，优化了焊件的成形性能；在焊接过程中及焊后可以有效控制焊件的冷却速度，提高了热塑性塑料搅拌摩擦焊焊接接头的强度。

附图说明

图1是本发明的一种热塑性塑料搅拌摩擦焊接装置的整体架构图。

其中：1为搅拌头夹持部，2为轴肩，3为搅拌针，4为开口容器，5为焊件，A向为搅拌头的前进方向，B向为搅拌头的旋转方向。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

如图1所示，为一种热塑性塑料搅拌摩擦焊接装置的整体架构图，包括搅拌头夹持部1，轴肩2，搅拌针3，开口容器4，焊件5，搅拌头的前进方向为A向，搅拌头的旋转方向为B向。轴肩2与搅拌针3整体成型构成搅拌头，搅拌头被搅拌头夹持部1固定在搅拌焊机上，开口容器4固定在焊件5上面，且开口容器4与焊件5的接触部分用防水密封胶密封，防止焊接过程中盛放在开口容器4中的液体介质流出。开口容器4为一个长方形的金属框架，液体介质与金属框架不会产生化学反应。

一种热塑性塑料搅拌摩擦焊接装置的焊接过程如下：1）对热塑性塑料进行预处理，主要是焊件5表面的脱脂、去污处理等；2）将热塑性塑料安装在工作台上，并用夹具将其固定住；3）将开口容器4固定在焊件5正上方中央位置，开口容器4与焊件5的接触部分可以用防水密封胶进行密封，并在开口容器4中加入液体介质；4）将搅拌头（包括轴肩2和搅拌针3）安装在搅拌头夹持部1上，并将它运动到待焊位置；5）从起点开始焊接，主轴旋转，搅拌针逐渐插入焊件，当完全进入后停留3-9s进行预热，然后沿焊接方向水平移动，到达终点后结束焊接，停止主轴运动；6）待液体介质冷却后将它排出，将焊件取下，即完成整个焊接过程。

以热塑性塑料和水介质为一实施例，所用热塑性塑料尺寸200mm×200mm×4mm，焊接接头形式为搭接，搅拌头旋转速度为1800r/min，搅拌头行进速度为45mm/min，下压量为0.4mm。对热塑性塑料进行预处理后，安装在工作台上，并用夹具固定；将开口容器固定在热塑性塑料要焊接一面的中央位置，用防水密封胶密封开口容器与热塑性塑料的接触部分，在开口容器中加入水；将搅拌头安装在搅拌头夹持部，并将它运动到待焊位置；从起点开始焊接，使搅拌摩擦焊接过程在水中进行，当焊接完成后停止运动；等水冷却后再将它排出，将热塑性塑料取下，从而完成热塑性塑料的焊接过程。

整个焊接过程在水下进行，明显改善了焊接区域的温度，同时，在焊接过程中及焊后可以有效控制焊接的冷却温度，提高了焊接接头的性能。焊接完成后，未加调温装置的焊件表面由于热量的分布不均匀，导致表面的材料流失而形成沟槽，表面粗糙；而利用本发明的一种优化热塑性塑料搅拌摩擦焊热场的装置焊接后的焊件表面平整，且焊接比较充分；并且对焊后工件进行拉伸试验发现，加调温装置后焊件接头的拉伸强度为12.3MPa，而未加调温装置的焊件接头拉伸强度只有9.6MPa。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种热塑性塑料搅拌摩擦焊接装置，包括搅拌头夹持部、轴肩以及搅拌摩擦使焊件发热的搅拌针，轴肩与搅拌针固定构成搅拌头，搅拌头被搅拌头夹持部固定，其特征在于：所述热塑性塑料搅拌摩擦焊接装置还包括固定在所述焊件表面的开口容器以及盛放在所述开口容器里的液体介质，所述开口容器与焊件表面的接触部分密封固定。

2.如权利要求1所述的一种热塑性塑料搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述盛放在开口容器里的液体介质为水。

3.一种搅拌摩擦焊接方法，使用如权利要求1或2所述的一种热塑性塑料搅拌摩擦焊接装置焊接，其特征在于：所述搅拌摩擦焊接方法步骤如下：

步骤1，将所述焊件表面进行去污预处理后安装在工作台上，并用夹具固定；

步骤2，将所述开口容器固定在焊件表面，并用密封胶固定开口容器与焊件的接触部分，在开口容器里面盛放所述液体介质，使所述搅拌头以及搅拌头与焊件搅拌摩擦焊接部位处于所述液体介质中；

步骤3，将所述搅拌头安装在搅拌摩擦焊机上，并运动到待焊位置；

步骤4，从起点开始焊接，到达终点后结束焊接，并停止主轴运动，使整个焊接过程在所述液体介质中完成；

步骤5，待所述液体介质冷却后将其取出，将焊件取下，完成焊接。