CN107498175A - 一种对接接头的焊接方法 - Google Patents

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杨洪刚
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    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/127—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding friction stir welding involving a mechanical connection

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Abstract

本发明揭示了一种对接接头的焊接方法，包括：同步旋转金属棒材(1)和轴套(2)，金属棒材(1)向凹槽(3)施压，旋转过程中金属棒材(1)和凹槽(3)之间产生热量以达到熔融状态；金属棒材(1)和轴套(2)继续旋转并沿凹槽(3)的连接方向移动达到熔融、填充；重复上述焊接方法，直到焊缝填充完成，实现对接接头的固态连接制造。本发明的有益效果：在利用摩擦生热的固态连接技术原理的同时，又有效避免了熔焊或弧焊等焊接方法的冶金缺陷，提高了对接接头的连接质量。本发明中的金属棒材和被焊基板表面均无需特殊处理，工序简单，实施容易，效率高，成本低，利于金属构件的低成本快速连接制造。

Description

一种对接接头的焊接方法
技术领域：
本发明属于金属材料焊接领域，具体涉及一种对接接头的固态连接方法。
背景技术：
对接接头是指两焊件相对平行的接头，这种接头从力学角度看是较理想的接头形式，受力状况较好，应力集中较小，能承受较大的静态载荷或动态载荷，是焊接结构中采用最多的一种接头型式。
目前，对接接头主要通过弧焊或熔焊进行连接，比如CO2电弧焊、惰性气体保护焊等。通过高电流使焊材在被焊基板上熔化形成液态熔池，使被焊金属和焊材达到冶金结合的一种连接技术。
同时专利申请号：CN201710018889.x公开了一种不锈钢复合管或复合板对接MIG+TIG双面焊接的方法，包括以下步骤：步骤1、基层设置有斜面切口，不锈钢复层设置为保持原有厚度；步骤2、使用MIG焊枪对基层进行焊接，使用TIG焊枪对不锈钢复层进行焊接，MIG焊枪和TIG焊枪沿同一个方向焊接，并且TIG焊枪先于MIG焊枪启动焊接。一种不锈钢复合管或复合板对接MIG+TIG双面焊接的方法，使得不锈钢复合管的焊缝既具有良好的耐腐蚀性能，又有良好的综合力学性能。
搅拌摩擦焊是一种新型的固态连接技术，通过搅拌头的旋转与施压，与焊件之间摩擦生热，使构件达到熔融状态并连接在一起的方法。由于材料没有熔化，因而接头变形小，残余应力低，同时避免气孔、裂纹等冶金缺陷，接头连接强度高，可广泛应用于各种金属的连接。
本发明结合搅拌摩擦焊的固态连接技术原理，提出了基于摩擦生热的对接接头固态焊接方法，适用于黑色金属、有色金属和异种金属之间的对接接头，可实现金属构件的可靠和快速连接制造的功能。
发明内容：
本发明提供了一种对接接头的焊接方法，其特征在于，金属棒材、轴套；由第一、第二基板的连接部位拼接后形成凹槽，在轴套的轴向开设与金属棒材匹配的贯通孔，所述金属棒材通过所述轴套的贯通孔后其下端部设在所述凹槽内，所述金属棒下端部的形状与所述凹槽匹配，所述轴套的下端面设在所述第一基板和所述第二基板的连接部位的上方；所述焊接方法包括：同步旋转所述金属棒材和所述轴套，所述金属棒材向所述凹槽施压，旋转过程中所述金属棒材和所述凹槽之间产生热量以达到熔融状态；所述金属棒材和所述轴套继续旋转并沿所述凹槽的连接方向移动达到熔融、填充；重复上述焊接方法，直到焊缝填充完成，实现对接接头的固态连接制造。
进一步地，所述金属棒材与所述轴套贯通孔的横截面都为方形或矩形或圆形。
进一步地，所述金属棒材的下端部和所述凹槽的横截面都为V型或U型。
进一步地，所述轴套的下端面贴合在所述凹槽的顶面上。
进一步地，所述轴套的下端面与所述凹槽的顶面保持一定间隙。
进一步地，所述轴套在移动过程中高度保持不变。
本发明利用搅拌摩擦焊的固态连接原理，将搅拌头替换为可以消耗的金属棒材，通过金属棒材与被焊基板之间摩擦生热，材料达到熔融状态后沿焊缝移动进而填充焊缝实现连接，克服了搅拌摩擦焊方法对于焊接厚度的限制，避免了搅拌摩擦焊过程中的飞边等缺陷。而且，由于焊接热量输入较低，材料并未完全熔化，因此降低了连接接头的残余应力，减小了焊接变形，还能够有效避免熔焊或弧焊过程中的裂纹、气孔等缺陷，从而获得高性能的对接接头。
同时，本发明适用于各种金属材料对接接头的连接制造，材料使用范围广泛，在利用摩擦生热的固态连接技术原理的同时，又有效避免了熔焊或弧焊等焊接方法的冶金缺陷，提高了对接接头的连接质量。本发明中的金属棒材和被焊基板表面均无需特殊处理，工序简单，实施容易，效率高，成本低，利于金属构件的低成本快速连接制造。
附图说明：
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了本发明一实施例中，一种对接接头的工作原理示意图；
图2为图1的A-A向剖视图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例和对比例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
参考图1并结合图2，图1揭示了本发明一实施例中，一种对接接头的工作原理示意图，图2为图1的A-A向剖视图。
在本实施例中包括金属棒材1、轴套2；由第一基板4、第二基板5的连接部位拼接后形成凹槽3，在轴套的轴向开设与金属棒材1匹配的贯通孔21，金属棒材1通过轴套的贯通孔21后其下端部11设在凹槽3内，金属棒的下端部11的形状与凹槽3匹配，轴套的下端面22设在第一基板4和第二基板5的连接部位的上方；焊接方法包括：同步逆时针旋转金属棒材1和轴套2，金属棒材1向凹槽3向下施压，旋转过程中金属棒材1和凹槽3之间产生热量以达到熔融状态；金属棒材1和轴套2继续逆时针旋转并沿着凹槽3的移动方向来完成第一基板4、第二基板5的连接。
可以理解的是，通过金属棒材2和基板之间产生摩擦生热，材料达到熔融状态后沿焊缝移动进而填充焊缝实现连接，克服了搅拌摩擦焊方法对于焊接板的厚度限制，同时也避免了搅拌摩擦焊过程中的飞边等缺陷。而且，由于焊接热量输入较低，材料并未完全熔化，因此降低了连接接头的残余应力，减小了焊接变形，还能够有效避免熔焊或弧焊过程中的裂纹、气孔等缺陷，从而获得高性能的对接接头的力学性能。
优选地，金属棒材(1)与所述轴套贯通孔的横截面包括但不限定于为方形或矩形或圆形。
优选地，金属棒材的下端部(11)和凹槽的横截面包括但不限定于V型或U型。
优选地，轴套的下端面22可以贴合在所述凹槽的顶面上，也可以与所述凹槽的顶面也可以保持一定间隙。
优选地，轴套2在移动过程中高度可以保持不变。
实施例一：
第一步：将被焊基板开V型或U型等形状坡口后对接放置，完全固定被焊基板，金属棒材端面截面形状与坡口截面形状相匹配，并呈轴对称，将金属棒材置于轴套内；
第二步：将金属棒材和轴套置于焊缝初始位置的坡口上方，金属棒材与被焊基板对接焊缝接触，空心轴套与被焊基板贴合或保持一定间隙。同向同速旋转金属棒材和空心轴套，当金属棒材与被焊基板接触后原位摩擦，获取热量，使得接触区域的焊材和基板达到熔融状态；
第三步：保持金属棒材和空心轴套的旋转，并以一定速度沿着焊缝方向移动，同时垂向向下施压金属棒材以实现对填充材料的供给，完成焊缝的填充，移动过程中空心轴套高度保持不变；
第四步：重复执行第二步和第三步，直到焊缝填充完成，实现对接接头的固态连接制造。
本发明适用于各种金属材料对接接头的连接制造，材料使用范围广泛，可以适用于黑色金属、有色金属和异种金属之间的对接接头，可实现金属构件的可靠和快速连接制造。
同时本发明利用摩擦生热的固态连接技术原理，有效避免了熔焊或弧焊等焊接方法的冶金缺陷，提供了对接接头的连接质量。本发明中金属棒材和被焊基板表面均无需特殊处理，工序简单，实施容易，效率高，成本低，利于金属构件的低成本快速连接制造。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明理念和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种对接接头的焊接方法，其特征在于，包括金属棒材(1)、轴套(2)；由第一、第二基板(4，5)的连接部位拼接后形成凹槽(3)，在轴套的轴向开设与金属棒材匹配的贯通孔(21)，所述金属棒材(1)通过所述轴套贯通孔(21)后其下端部(11)设在所述凹槽(3)内，所述金属棒下端部(11)的形状与所述凹槽(3)匹配，所述轴套的下端面(22)设在所述第一基板(4)和所述第二基板(5)的连接部位的上方；
所述焊接方法包括：同步旋转所述金属棒材(1)和所述轴套(2)，所述金属棒材(1)向所述凹槽(3)施压，旋转过程中所述金属棒材(1)和所述凹槽(3)之间产生热量以达到熔融状态；所述金属棒材(1)和所述轴套(2)继续旋转并沿所述凹槽(3)的连接方向移动达到熔融、填充；
重复上述焊接方法，直到焊缝填充完成。
2.根据权利要求1所述的对接接头的焊接方法，其特征在于，所述金属棒材(1)和所述轴套贯通孔的横截面都为方形或矩形或圆形。
3.根据权利要求1所述的对接接头的焊接方法，其特征在于，所述金属棒材的下端部(11)和所述凹槽的横截面都为V型或U型。
4.根据权利要求3所述的对接接头的焊接方法，其特征在于，所述轴套的下端面(22)贴合在所述凹槽的顶面上。
5.根据权利要求3所述的对接接头的焊接方法，其特征在于，所述轴套的下端面(22)与所述凹槽的顶面保持一定间隙。
6.根据权利要求4-5中任一所述的对接接头的焊接方法，其特征在于，所述轴套(2)在移动过程中高度保持不变。
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