CN107855639A - 消除无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种消除无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽的方法，该方法通过焊接前零点设置，搅拌针伸出基准面的长度为待焊母材厚度10％，搅拌套伸出基准面的长度为搅拌针伸出长度的80％，此时，搅拌针和搅拌套所处位置设定为零点，即数控系统确定零点；在搅拌工具下行之前搅拌针和搅拌套同时回抽。在搅拌针与搅拌套焊接完成并回到原点后搅拌针继续下行搅拌针继续下行量为母材厚度的20％时，并保持在该位置旋转1～2s，使熔融状态铝金属充分回填至焊点周围，搅拌针与搅拌套回到原点再旋转1～5s，使熔融态铝金属充分填补焊点外围，达到消除焊接缺陷环凹槽的目的。本方法用于1mm、2mm、3mm、4mm、5mm铝板焊接，消除焊接环凹槽缺陷。

Description

消除无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽的方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体地指一种消除无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽的方法。
背景技术
“线性”搅拌摩擦焊技术是英国焊接研究所(TWI)于1991年发明的，搅拌摩擦点焊技术(简称为FSSW技术)是在“线性”搅拌摩擦焊基础上开发的一种新的焊接方法。无匙孔搅拌摩擦点焊是一种固相状态下的焊接，焊接的时候温度在材料的熔点之下，这样使得焊接完成后，金属的特性没有改变，而且是一种重复性强，安全性高的焊接方法。
该焊接方法由于搅拌工具粘连母材金属导致母材流失，极易产生焊接缺陷：环凹槽。环凹槽焊点表面沿搅拌套与压紧套接缝处不平整，出现凹槽(少肉)，如图1所示。环凹槽的产生原因是搅拌套外圆径向和压紧套内孔径向磨损严重，搅拌套与压紧套之间间隙逐渐变大，导致在焊接过程中，部分熔融状态的铝液进入到间隙中，在焊接结束后出现金属流失产生，环凹槽缺陷严重影响焊点力学性能。
发明内容
本发明提供了一种消除无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽的方法，该方法操作简便，可有效解决无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽缺陷。
为实现上述目的，本发明提供的一种消除无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽的方法，包括以下步骤：
1)焊接前期准备：在焊接设备上安装搅拌工具，其中搅拌工具从内至外分别为搅拌针，搅拌套和压紧套；
2)零点设置：焊接前，以压紧套的底面为基准面，调节设备使搅拌针向下伸出基准面，搅拌针伸出基准面的长度为待焊母材厚度10％，且不超过0.2mm；同时，调节设备使搅拌套向下伸出基准面，搅拌套伸出基准面的长度为搅拌针伸出长度的80％；此时，搅拌针和搅拌套所处位置设定为零点，即数控系统确定零点；
3)搅拌套和搅拌针回抽：开始焊接前通过上述搅拌针和搅拌套的零点设置，搅拌套和搅拌针开始同时旋转向上回抽，
4)焊接：
a.搅拌工具整体下压，压紧母材；
b.当铝合金材料达到足够的塑性状态时，搅拌套旋转向下运行、搅拌针旋转向上运行；形成内腔，内腔中填满熔融态母材；
c.当搅拌套运行至预先设定位置A点即零点下方1.1～5.6mm时，搅拌针和搅拌套反向进行相对运动；熔融态铝合金材料开始回填焊点；
d.搅拌针和搅拌套同时回到零点后，搅拌针继续旋转下行，搅拌套旋转上行，当搅拌针运行至预先设定位置B点，即搅拌针继续下行量为母材厚度的20％时，搅拌针和搅拌套保持旋转1～2s；
e.然后搅拌针与搅拌套反向进行相对运动，即搅拌针上行，搅拌套下行，当搅拌针和搅拌套回到零点并继续保持高速旋转1～5s，使熔融铝合金材料充分回流至焊点外围，搅拌装置脱离母材，焊接完成后焊点的环凹槽缺陷消除。
再进一步地，所述搅拌针伸出基准面的长度为0.1～0.2mm，所述搅拌套伸出基准面的长度为0.08～0.16mm。搅拌装置伸出基准面目的在于利用零点设置抵消焊接过程母材流失。
再进一步地，所述步骤3)中，搅拌针回抽距离为0.5～0.7mm、搅拌套回抽距离为0.2～0.4mm。回抽目的在于解决零点设置时搅拌针与搅拌套下移突出压紧套隐患，防止未开始焊接搅拌针与搅拌套受轴向力，影响寿命及损坏母材。
再进一步地，所述步骤4)第d小步中，搅拌针继续下行量为零点下方0.2～1mm。
本发明的有益效果在于：
第一、零点设置时搅拌针与搅拌套均按母材厚度下移一定尺寸，抵消焊接过程材料损失；
第二、焊接开始前搅拌针回抽0.6mm、搅拌套回抽0.3mm，有效解决零点设置时搅拌针与搅拌套下移突出压紧套隐患，防止未开始焊接搅拌针与搅拌套受轴向力，影响寿命及损坏母材；
第三、搅拌套旋转下移时搅拌针旋转上移，形成内腔容纳熔融态金属；
第四、搅拌针与搅拌套运行至规定位置后反向旋转移动，熔融态金属开始回填焊点；
第五、搅拌针与搅拌套回到原点后搅拌针继续下行，使熔融态金属充分回流至焊点外围；
第六、搅拌针与搅拌套回到零点后继续保持高速旋转1～5s，使熔融金属充分回流至焊点外围，达到消除环凹槽的目的；
本发明的方法可有效解决无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽缺陷，提高焊点抗剪强度及撕破强度力学性能，该方法操作简便，效果显著。
附图说明
图1为无匙孔搅拌摩擦点焊方法产生环凹槽的示意图；
图2为零点设置示意图；
图3为搅拌针与搅拌套回抽示意图；
图4为搅拌针上移，搅拌套下移示意图；
图5为搅拌针下移，搅拌套上移示意图；
图6为回到零点后搅拌针继续下移，搅拌套上移示意图；
图7为焊接完成示意图；
图中：1为压紧套、2为搅拌套、3为搅拌针、4为上层母材、5为下层母材、6为熔融金属、7为焊点、环凹槽8。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例1
如图2～7所示的消除无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽的方法，包括以下步骤：
1)母材准备：该母材厚度为1mm，其为上下两层，即上层母材4、下层母材5，
2)焊接前期准备：在焊接设备上安装搅拌工具，其中搅拌工具从内至外分别为搅拌针3，搅拌套2和压紧套1；
3)零点设置：焊接前，以压紧套1的底面为基准面，调节设备使搅拌针3向下伸出基准面，搅拌针3伸出基准面的长度为0.1mm；同时，调节设备使搅拌套2向下伸出基准面，搅拌套2伸出基准面的长度为0.08mm；此时，搅拌针3和搅拌套2所处位置设定为零点，即数控系统确定零点；
4)搅拌套2和搅拌针3回抽：开始焊接前通过上述搅拌针3和搅拌套2的零点设置，搅拌套2和搅拌针3开始同时旋转向上回抽，搅拌针3回抽距离为0.6mm、搅拌套2回抽距离为0.3mm。
5)焊接：
a.搅拌工具整体下压，压紧母材；
b.当铝合金材料达到足够的塑性状态时，搅拌套2旋转向下运行、搅拌针3旋转向上运行；形成内腔，内腔中填满熔融态母材；
c.当搅拌套2运行至预先设定位置A点即零点下方1.1mm时，搅拌针3和搅拌套2反向进行相对运动；熔融态铝合金材料开始回填焊点7；
d.搅拌针3和搅拌套2同时回到零点后，搅拌针3继续旋转下行，搅拌套旋转上行，当搅拌针3运行至预先设定位置B点即零点下方0.2mm时，搅拌针3和搅拌套2保持旋转1～2s；
e.然后搅拌针3与搅拌套2反向进行相对运动，即搅拌针3上行，搅拌套2下行，当搅拌针3和搅拌套2回到零点并继续保持高速旋转1～5s，使熔融铝合金材料充分回流至焊点7外围，搅拌装置脱离母材，焊接完成后焊点7的环凹槽缺陷消除。
实施例2
如图2～7所示的消除无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽的方法，包括以下步骤：
1)母材准备：该母材厚度为3mm，其为上下两层，即上层母材4为、下层母材5，
2)焊接前期准备：在焊接设备上安装搅拌工具，其中搅拌工具从内至外分别为搅拌针3，搅拌套2和压紧套1；
3)零点设置：焊接前，以压紧套1的底面为基准面，调节设备使搅拌针3向下伸出基准面，所述搅拌针3伸出基准面的长度为0.2mm；同时，调节设备使搅拌套2向下伸出基准面，搅拌套2伸出基准面的长度为0.16mm；此时，搅拌针3和搅拌套2所处位置设定为零点，即数控系统确定零点；
4)搅拌套2和搅拌针3回抽：开始焊接前通过上述搅拌针3和搅拌套2的零点设置，搅拌套2和搅拌针3开始同时旋转向上回抽，搅拌针3回抽距离为0.6mm、搅拌套回抽距离为0.3mm。
5)焊接：
a.搅拌工具整体下压，压紧母材；
b.当铝合金材料达到足够的塑性状态时，搅拌套2旋转向下运行、搅拌针3旋转向上运行；形成内腔，内腔中填满熔融态母材；
c.当搅拌套2运行至预先设定位置A点即零点下方3.2mm时搅拌针3和搅拌套2反向进行相对运动；熔融态铝合金材料开始回填焊点7；
d.搅拌针3和搅拌套2同时回到零点后，搅拌针3继续旋转下行，搅拌套3旋转上行，当搅拌针3运行至预先设定位置B点即零点下方0.6mm时，搅拌针3和搅拌套2保持旋转1～2s；
e.然后搅拌针3与搅拌套2反向进行相对运动，即搅拌针3上行，搅拌套2下行，当搅拌针3和搅拌套2回到零点并继续保持高速旋转1～5s，使熔融铝合金材料充分回流至焊点7外围，搅拌装置脱离母材，焊接完成后焊点7的环凹槽缺陷消除。
实施例3
如图2～7所示的消除无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽的方法，包括以下步骤：
1)母材准备：该母材厚度为5mm，其为上下两层，即上层母材4为、下层母材5，
2)焊接前期准备：在焊接设备上安装搅拌工具，其中搅拌工具从内至外分别为搅拌针3，搅拌套2和压紧套1；
3)零点设置：焊接前，以压紧套1的底面为基准面，调节设备使搅拌针3向下伸出基准面，所述搅拌针3伸出基准面的长度为0.2mm；同时，调节设备使搅拌套2向下伸出基准面，搅拌套2伸出基准面的长度为0.16mm；此时，搅拌针3和搅拌套2所处位置设定为零点，即数控系统确定零点；
4)搅拌套2和搅拌针3回抽：开始焊接前通过上述搅拌针3和搅拌套2的零点设置，搅拌套2和搅拌针3开始同时旋转向上回抽，搅拌针3回抽距离为0.6mm、搅拌套回抽距离为0.3mm。
5)焊接：
a.搅拌工具整体下压，压紧母材；
b.当铝合金材料达到足够的塑性状态时，搅拌套2旋转向下运行、搅拌针3旋转向上运行；形成内腔，内腔中填满熔融态母材；
c.当搅拌套2运行至预先设定位置A点即零点下方5.6mm时，搅拌针3和搅拌套2反向进行相对运动；熔融态铝合金材料开始回填焊点7；
d.搅拌针3和搅拌套2同时回到零点后，搅拌针3继续旋转下行，搅拌套2旋转上行，当搅拌针3运行至预先设定位置B点即零点下方1mm时，搅拌针3和搅拌套2保持旋转1～2s；
e.然后搅拌针3与搅拌套2反向进行相对运动，即搅拌针3上行，搅拌套2下行，当搅拌针3和搅拌套2回到零点并继续保持高速旋转1～5s，使熔融铝合金材料充分回流至焊点7外围，搅拌装置脱离母材，焊接完成后焊点7的环凹槽缺陷消除。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (4)

1.一种消除无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)焊接前期准备：在焊接设备上安装搅拌工具，其中搅拌工具从内至外分别为搅拌针(3)、搅拌套(2)和压紧套(1)；
2)零点设置：焊接前，以压紧套(1)的底面为基准面，调节设备使搅拌针(3)向下伸出基准面，搅拌针(3)伸出基准面的长度为待焊母材厚度10％，且不超过0.2mm；同时，调节设备使搅拌套(2)向下伸出基准面，搅拌套(2)伸出基准面的长度为搅拌针伸出长度的80％；此时，搅拌针(3)和搅拌套(2)所处位置设定为零点，即数控系统确定零点；
3)搅拌套(2)和搅拌针(3)回抽：开始焊接前通过上述搅拌针(3)和搅拌套(2)的零点设置，搅拌套(2)和搅拌针(3)开始同时旋转向上回抽，
4)焊接：
a.搅拌工具整体下压，压紧母材；
b.当铝合金材料达到足够的塑性状态时，搅拌套(2)旋转向下运行、搅拌针(3)旋转向上运行；形成内腔，内腔中填满熔融态母材；
c.当搅拌套(2)运行至预先设定位置A点即零点下方1.1～5.6mm时，搅拌针(3)和搅拌套(2)反向进行相对运动；熔融态铝合金材料开始回填焊点；
d.搅拌针(3)和搅拌套(2)同时回到零点后，搅拌针(3)继续旋转下行，搅拌套(2)旋转上行，当搅拌针(3)运行至预先设定位置B点，即搅拌针(3)继续下行量为母材厚度的20％时，搅拌针(3)和搅拌套(2)保持旋转1～2s；
e.然后搅拌针(3)与搅拌套(2)反向进行相对运动，即搅拌针(3)上行，搅拌套(2)下行，当搅拌针(3)和搅拌套(2)回到零点并继续保持高速旋转1～5s，使熔融铝合金材料充分回流至焊点外围，搅拌装置脱离母材，焊接完成后焊点的环凹槽缺陷消除。
2.根据权利要求1所述消除无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽的方法，其特征在于：所述搅拌针(3)伸出基准面的长度为0.1～0.2mm，所述搅拌套(2)伸出基准面的长度为0.08～0.16mm。
3.根据权利要求1所述消除无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽的方法，其特征在于：所述步骤3)中，搅拌针(3)回抽距离为0.5～0.7mm、搅拌套(2)回抽距离为0.2～0.4mm。
4.根据权利要求1所述消除无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽的方法，其特征在于：所述步骤4)第d小步中，搅拌针(3)继续下行量为零点下方0.2～1mm。
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