CN106342013B - 一种外套轴旋转的填充式摩擦点焊方式 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种外套轴旋转的填充式摩擦点焊方法，该方法包括搅拌针、搅拌套、外轴套、上支撑块、下支撑块，并将搅拌针安装在搅拌套内，搅拌套安装在外轴套内，外轴套为压紧套安装在上支撑块内。搅拌针、搅拌套、外轴套工作端面与焊件上表面接触并高速旋转，产生的摩擦生使焊件形成塑性区域并逐渐扩大，通过搅拌针、搅拌套相对轴向运动，使塑性材料流动到搅拌针和搅拌套形成的空腔后，又填充回焊件，当搅拌针、搅拌套、外轴套停止旋转冷却后，形成焊点。本发明由于外套轴参与摩擦生热，搅拌套外轮廓不再是摩擦区域的边界，此轮廓界面温度剃度减小，焊点工件组织结构趋于稳定，由此解决了德国填充式摩擦点焊技术中存在的不足，取得了减小点焊工具负载，提高焊点强度，加快焊接速度，保证工件表面的平整度等有益效果。

Description

一种外套轴旋转的填充式摩擦点焊方式

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种外套轴旋转的填充式摩擦点焊方法。

背景技术

填充式摩擦点焊技术是一种新兴的固相焊接技术，它是德国GKSS研究中心1999年发明的一种涉及固相点焊的方法，它通过摩擦热使焊接基体金属软化，搅拌塑性流动的金属，动态再结晶及锻造，形成一体化焊点。它具有焊点强度高、节能、环保、工艺过程简单等优点，可以广泛取代电阻点焊和铆接。

德国GKSS研究中心2004年申请的发明专利(US 6,722,556B2)中介绍了填充式摩擦点焊方法。该方法中的摩擦热在搅拌针及搅拌套与工件之间产生，金属的塑性流动靠搅拌针和搅拌套的轴向运动引导。摩擦区域的边界为搅拌套工作端面的外轮廓，此边界温度剃度最大，工件组织结构不稳定，由于此边界为搅拌套的轴向运动界面，金属的塑性流动也恰恰发生在此界面，这样就大大影响了焊点的强度。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服上述现有技术中存在的不足，提高工件组织结构稳定性，本发明提出一种外套轴旋转的填充式摩擦点焊方法，该方法采用点焊工具的高速旋转运动和相对轴向运动，使焊件形成塑性区域并流动，形成焊点。所述的点焊工具包括搅拌针1、搅拌套2、外轴套3、上支撑块4、下支撑块8，所述的搅拌针1安装在搅拌套2内与搅拌套2内壁接触，搅拌套2安装在外轴套3内，外表面与外轴套3内壁接触，外轴套3为压紧套放置上支撑块4内，外轴套3工作端面与焊件上表面接触；所述的上支撑块4和下支撑块8将第一待焊工件6、第二待焊工件7压紧放置点焊机内；当点焊工作开始时，启动动力源，搅拌针1、搅拌套2、外轴套3高速旋转，工作端面与焊件摩擦生热形成的塑性区域并逐渐扩大，并储存在搅拌针1和搅拌套2相对运动形成的空间中，由于搅拌针1和搅拌套2相对运动，储存的塑性材料向第一待焊工件6、第二待焊工件7原来位置流动，当搅拌针1、搅拌套2、外轴套3停止旋转并冷却后，形成焊点并完成焊接。

采用本发明由于外套轴参与摩擦生热，搅拌套外轮廓不再是摩擦区域的边界，此轮廓界面温度剃度减小，工件组织结构趋于稳定，由此解决了上述现有技术中存在的不足，取得了减小焊接工具负载，提高焊点强度，加快焊接速度，保证工件表面的平整度等有益效果。

附图说明

图1为本发明一种外套轴旋转的填充式摩擦点焊方法焊接工具结构示意图

图2为本发明填充式摩擦点焊形成的塑性区域示意图

图3为本发明填充式摩擦点焊形成的塑性材料储存空间示意图

图4为本发明填充式摩擦点焊塑性材料向第一待焊工件、第二待焊工件原来位置流动示意图

图5为本发明填充式摩擦点焊停止冷却后焊点示意图

具体实施方式

如图1本发明一种外套轴旋转的填充式摩擦点焊方法焊接工具结构示意图，包括搅拌针1、搅拌套2、外轴套3、上支撑块4、下支撑块8，图中搅拌针1安装在搅拌套2内与搅拌套2内壁接触，搅拌套2安装在外轴套3内，外表面与外轴套3内壁接触，外轴套3为压紧套放置在上支撑块4内，外轴套3工作端面与焊件上表面接触，上支撑块4固定在点焊机的压紧头上，下支撑块8固定在点焊机的机座上。上支撑块4随着压紧头向下运动，将第一待焊工件6、第二待焊工件7压紧在上支撑块4和下支撑块8之间。点焊工具的旋转运动和轴向运动可以被安装在点焊机上的动力源精确控制。

如图2所示，当点焊工作开始时，首先启动动力源，搅拌针1、搅拌套2、外轴套3高速旋转，工作端面与焊件摩擦生热形成的塑性区域，搅拌针1和搅拌套2作相对挤压运动，当搅拌针1向上运动、搅拌套2向下运动、挤压塑性区域并逐渐扩大，把塑性材料挤压到搅拌针1和搅拌套2相对运动形成的空间中，此时搅拌套2的侧向工作面也与塑性材料发生摩擦，进一步扩大塑性区域。

如图3所示，搅拌针1、搅拌套2、外轴套3处于高速旋转状态，搅拌针1继续向上运动、搅拌套2继续向下运动、由于搅拌针1和搅拌套2相对运动，搅拌套2穿过第一待焊工件6使第二待焊工件7也开始塑化，形成的塑性区域继续扩大，塑性金属材料仍然储存在搅拌针1和搅拌套2相对运动形成的空间中。

如图4所示搅拌针1、搅拌套2、外轴套3处于高速旋转状态，搅拌针1继续向上运动、搅拌套2继续向下运动、搅拌针1继续向上运动、搅拌套2继续向下运动、搅拌套2达到焊接深度的极限位置，搅拌套2开始向上运动，搅拌针1开始向下运动，搅拌针1和搅拌套2相对运动形成的空间中储存的塑性材料向第一待焊工件6、第二待焊工件7原来位置流动，被抽出的塑性材料将在搅拌套2回抽时完全回填到搅拌套留下的空洞中形成焊点，以保证工件表面的平整度，如图5所示搅拌套2向上运动回到初始位置，搅拌针1向下运动回到初始位置，搅拌针1、搅拌套2、外轴套3停止旋转运动，冷却后，塑性区域形成了一个焊点并完成焊接。

本方法中，也可以采用搅拌针1扎入第一待焊工件6、第二待焊工件7，搅拌套2反方向运动的工作方式。

本方法可以用于不同材质的工件的点焊连接。

本方法可以用于多个待焊工件的摩擦点焊，只要搅拌套的向下运动部门穿透最下层待焊工件即可。

为了减小搅拌针1、搅拌套2、外轴套3的负载，为了加快焊接速度，可以进行待焊工件加热。

本方法中，搅拌针1(搅拌套2、外轴套3)的旋转运动和搅拌针1(搅拌套2)的轴向运动可以根据工件的厚度，材料来选择。

Claims (1)

1.一种外套轴旋转的填充式摩擦点焊方法，该方法采用点焊工具的高速旋转运动和相对轴向运动，使焊件形成塑性区域并流动，形成焊点，其特征在于，点焊工具包括搅拌针[1]、搅拌套[2]、外轴套[3]、上支撑块[4]、下支撑块[8]，所述的搅拌针[1]安装在搅拌套[2]内与搅拌套[2]内壁接触，搅拌套[2]安装在外轴套[3]内，外表面与外轴套[3]内壁接触，外轴套[3]为压紧套放置在上支撑块[4]内，外轴套[3]其工作端面与焊件上表面接触；所述的上支撑块[4]和下支撑块[8]将第一待焊工件[6]、第二待焊工件[7]压紧放置点焊机内，其工作步骤如下：

步骤一：启动动力源，搅拌针[1]、搅拌套[2]、外轴套[3]高速旋转，工作端面与焊件摩擦生热形成塑性区域，搅拌针[1]和搅拌套[2]作相对挤压运动，当搅拌针[1]向上运动、搅拌套[2]向下运动、挤压塑性区域并逐渐扩大，把塑性材料挤压到搅拌针[1]和搅拌套[2]相对运动形成的空间中，此时搅拌套[2]的侧向工作面也与塑性材料发生摩擦，进一步扩大塑性区域；

步骤二：搅拌针[1]、搅拌套[2]、外轴套[3]处于高速旋转状态，搅拌针[1]继续向上运动、搅拌套[2]继续向下运动，搅拌套[2]穿过第一待焊工件[6]使第二待焊工件[7]也开始塑化，形成的塑性区域继续扩大，存储的塑性材料向第一待焊工件和第二待焊工件间的焊接面位置流动，塑性材料仍然储存在搅拌针[1]和搅拌套[2]相对运动形成的空间中；

步骤三：搅拌针[1]、搅拌套[2]、外轴套[3]处于高速旋转状态，搅拌针[1]继续向上运动、搅拌套[2]继续向下运动，搅拌套[2]达到焊接深度的极限位置，搅拌套[2]开始向上运动，搅拌针[1]开始向下运动，搅拌针[1]和搅拌套[2]相对运动形成的空间中储存的塑性材料向第一待焊工件[6]、第二待焊工件[7]位置流动，被抽出的塑性材料将在搅拌套[2]回抽时完全回填到搅拌套[2]留下的空洞中形成焊点；

步骤四：搅拌套[2]向上运动回到初始位置，搅拌针[1]向下运动回到初始位置，搅拌针[1]、搅拌套[2]、外轴套[3]停止旋转运动，冷却后，塑性区域形成了一个焊点并完成焊接。