CN105772935A - 用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头、窄台阶水道盖板焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头、窄台阶水道盖板焊接工艺涉及一种搅拌摩擦焊技术。其目的是为了提供一种针对窄台阶水道盖板结构的搅拌头及相应的焊接工艺，实现了台阶宽度与焊接深度比不大于0.5的水道盖板结构的搅拌摩擦焊，从而减少了产品重量，节省了结构空间。本发明一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，包括轴肩和搅拌针；所述搅拌针包括针身和针尖，其中针身为圆台状，针尖为圆柱状；所述针身向上与轴肩同轴固定，向下与针尖同轴固定；于针身表面及轴肩底面均设置有螺纹，针尖表面光滑抛光。

Description

用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头、窄台阶水道盖板焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦焊技术，具体涉及一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头及窄台阶水道盖板焊接工艺。

背景技术

台阶水道盖板结构为航天领域经常应用到的结构，如图1-2所示，台阶水道盖板结构包含盖板(a2)和水道基体(a1)。由于航天产品一般对产品轻量化要求较高，对空间利用率要求高，水道结构中台阶宽度(a12)过大不仅会提高产品重量，而且会浪费大量的结构空间，因此将台阶水道结构中台阶宽度a12保持较小的值对产品性能提升起到了重要作用。

盖板水道结构的焊接以前采用传统的真空钎焊，目前逐步被搅拌摩擦焊替代，搅拌摩擦焊技术广泛应用于所有系列的铝及铝合金的连接制造中，具有焊接变形小，焊接质量高，接头性能好等优点。但是受限于搅拌头的结构，现有的搅拌摩擦焊技术仅适用于焊接台阶宽度(a12)大于或等于台阶深度(a11)的盖板水道结构，如果以现有的搅拌摩擦焊技术对水道台阶宽度(a12)和台阶深度(a11)的比值不大于0.5的盖板水道结构进行焊接，很可能由于搅拌头的轴肩对工件施加的压力过大而导致台阶宽度(a12)塌陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种针对窄台阶水道盖板结构的搅拌头及相应的焊接工艺，实现了台阶宽度与焊接深度比不大于0.5的水道盖板结构的搅拌摩擦焊，从而减少了产品重量，节省了结构空间。

本发明一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，包括轴肩和搅拌针；所述搅拌针包括针身和针尖，其中针身为圆台状，针尖为圆柱状；所述针身向上与轴肩同轴固定，向下与针尖同轴固定；于针身表面及轴肩底面均设置有螺纹，针尖表面光滑抛光。

本发明一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，其中所述针身与轴肩的连接处、针身与针尖的连接处均为圆弧过渡。

本发明一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，其中所述针尖长度为0.5-1mm，直径为2.5-3.5mm。

本发明一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，其中所述针身锥度为20-25°。

本发明一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，其中所述轴肩底面直径为搅拌针长度的2-2.5倍。

本发明窄台阶水道盖板焊接工艺，包括如下步骤：

a)根据盖板厚度选择权利要求1所述的搅拌头，其中搅拌针的长度等于盖板的厚度；

b)将清洗过的水道盖板和水道基体进行装配；

c)采用样冲对盖板和水道基体之间的缝隙进行调整，保证单边装配间隙不大于0.12mm,形成待焊接工件；

d)将工件安装在工作台上，以焊缝中心为路径进行编程，采用尖端为针尖的示教搅拌头进行示教，保证示教误差不大于0.2mm；

e)以针尖偏离焊缝中心为n进行路径编程，r-0.4mm≤n≤r-1mm，r为搅拌针的针尖半径；针尖偏向水道基体方向；

f)安装搅拌头进行焊接。

本发明窄台阶水道盖板焊接工艺，其中在步骤c)中，相邻样冲点之间的距离为10mm-20mm，先冲间隙小的位置，后冲间隙大的位置。

本发明窄台阶水道盖板焊接工艺，其中在步骤f)中，控制搅拌头压入量小于0.15mm，焊接速度为120mm/min-200mm/min，旋转速度为500rmp-1000rmp。

本发明一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头与现有技术不同之处在于：①搅拌针采用圆台状针身与圆柱状针尖结合的设计方式，在保证搅拌针端面直径相等的条件下，尽可能的降低了搅拌针的最大半径，从而提高了焊接精度；②圆柱状针尖表面为光滑抛光状态，圆柱状针尖表面之所以光滑抛光目的在于减少针尖处的材料塑性流动程度，从而降低了对台阶的影响，避免了台阶的塌陷。

下面结合附图对本发明用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头、窄台阶水道盖板焊接工艺作进一步说明。

附图说明

图1为台阶水道盖板结构示意图；

图2为图1中P处的局部放大图。

图3为本发明用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头的立体图；

图4为本发明用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头中搅拌针的正视图，该图省略了针身表面的螺纹；

图5为本发明用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头对窄台阶水道盖板进行焊接的状态图；

图6为图5中Q处的局部放大图；

图7为本发明窄台阶水道盖板焊接工艺步骤e)中编程路径相对焊缝中心偏离图例。

具体实施方式

(一)用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头

如图3-4所示，本发明用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，包括轴肩b1和搅拌针b2；搅拌针b2包括针身b21和针尖b22，其中针身b21为圆台状，针尖b22为圆柱状；针身b21向上与轴肩b1同轴固定，向下与针尖b22同轴固定，且于针身b21与轴肩b1的连接处、针身b21与针尖b22的连接处均为圆弧过渡；于针身b21表面及轴肩底面分别设置有螺纹b23、b11，针尖b22表面光滑抛光。

本发明中将针身b21与轴肩b1的连接处、针身b21与针尖b22的连接处分别设计成圆弧过渡，主要目的是避免应力集中，提高搅拌头工具的使用寿命；另外于针身表面及轴肩底面设置的螺纹更加提升了针身附近材料塑性流动程度；在摩擦焊技术中，如果搅拌针最大半径越小，则焊接精度越高，因此为了提高焊接精度，本发明的搅拌针b2采用圆台状针身b21与圆柱状针尖b22结合的设计方式，另外如图5-6所示，圆柱状针尖表面之所以光滑抛光目的在于减少针尖处的材料塑性流动程度，从而降低了对台阶a12的影响，避免了台阶a12的塌陷。

进一步地，本发明中的针尖长度优选为0.5-1mm，针尖直径优选为2.5-3.5mm。针身锥度优选为20-25°。

进一步地，轴肩底面直径优选为搅拌针长度的2-2.5倍；如此设计，轴肩端面面积较小，有助于降低焊接压力。

(二)使用上述搅拌头对窄台阶水道盖板进行焊接的方法

本发明使用上述搅拌头对窄台阶水道盖板进行焊接的方法，包括如下步骤：

a)根据盖板厚度选择搅拌头，其中搅拌针的长度等于盖板的厚度；

b)将清洗过的水道盖板和水道基体进行装配；

c)采用样冲对盖板和水道基体之间的缝隙进行调整，相邻样冲点之间的距离10mm-20mm，先冲间隙小的位置，后冲间隙大的位置，保证单边装配间隙不大于0.12mm。

d)将工件安装在工作台上，以焊缝中心为路径进行编程，采用尖端为针尖的示教搅拌头进行示教，保证示教误差不大于0.2mm。

e)如图7所示，以针尖偏离焊缝中心为n进行路径编程，r-0.4mm≤n≤r-1mm，r为搅拌针的针尖半径；针尖偏向水道基体方向；

f)安装搅拌头进行焊接，此时搅拌针与工件之间的关系如图5所示；控制搅拌头压入量小于0.15mm，焊接速度为120mm/min-200mm/min，旋转速度为500rmp-1000rmp。

步骤d)和步骤e)中对路径进行编程既可通过导入矢量图形获取自动编程，也可人工输入代码编程，该两种编程方式均属于常规技术。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，包括轴肩和搅拌针；其特征在于：所述搅拌针包括针身和针尖，其中针身为圆台状，针尖为圆柱状；所述针身向上与轴肩同轴固定，向下与针尖同轴固定；于针身表面及轴肩底面均设置有螺纹，针尖表面光滑抛光。

2.根据权利要求1所述的一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，其特征在于：所述针身与轴肩的连接处、针身与针尖的连接处均为圆弧过渡。

3.根据权利要求1所述的一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，其特征在于：所述针尖长度为0.5-1mm，直径为2.5-3.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，其特征在于：所述针身锥度为20-25°。

5.根据权利要求1所述的一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，其特征在于：所述轴肩底面直径为搅拌针长度的2-2.5倍。

6.窄台阶水道盖板焊接工艺，包括如下步骤：

a)根据盖板厚度选择权利要求1所述的搅拌头，其中搅拌针的长度等于盖板的厚度；

b)将清洗过的水道盖板和水道基体进行装配；

c)采用样冲对盖板和水道基体之间的缝隙进行调整，保证单边装配间隙不大于0.12mm，形成待焊接工件；

d)将工件安装在工作台上，以焊缝中心为路径进行编程，采用尖端为针尖的示教搅拌头进行示教，保证示教误差不大于0.2mm；

e)以针尖偏离焊缝中心为n进行路径编程，r-0.4mm≤n≤r-1mm，r为搅拌针的针尖半径；针尖偏向水道基体方向；

f)安装搅拌头进行焊接。

7.根据权利要求6所述的窄台阶水道盖板焊接工艺，其特征在于：在步骤c)中，相邻样冲点之间的距离为10mm-20mm，先冲间隙小的位置，后冲间隙大的位置。

8.根据权利要求6所述的窄台阶水道盖板焊接工艺，其特征在于：在步骤f)中，控制搅拌头压入量小于0.15mm，焊接速度为120mm/min-200mm/min，旋转速度为500rmp-1000rmp。