CN108284272A - 一种消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法 - Google Patents

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韩文宇
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金文福
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Abstract

本发明涉及搅拌摩擦焊焊缝缺陷检测领域，尤其是一种消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，包括：对焊接接头的预清洗、去除氧化膜和终清洗以及对焊缝的焊接和对焊缝根部的修饰焊接，在对焊缝根部进行修饰焊接时不依赖于搅拌针的焊接深度，仅靠搅拌头轴肩的摩擦热即可完成焊缝根部小尺寸未焊透及弱连接的消除，背部修饰焊在消除根部未焊透及弱连接的同时，可部分抵消第一道焊缝产生的纵向收缩弯曲变形，有效的减小了焊接变形。

Description

一种消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊焊缝缺陷检测领域，更具体地说，本发明涉及一种消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法。
背景技术
搅拌摩擦焊技术(FSW)是1991年由英国焊接研究所(TWI)发明的一种新型固相连接技术，具有焊接温度低、焊接质量高、焊接变形小、焊缝成型美观等优点，广泛应用于航空航天、船舶、轨道交通、汽车等工业领域。搅拌摩擦焊由于工艺特点，焊缝背面需要刚性支撑，在焊接对接接头时搅拌针长度一般小于母材厚度约0.1-0.3mm，如搅拌针过长会导致焊缝背部垫板受损及背部成型差等现象，因此在实际生产中会产生较小尺寸的根部未焊透、弱连接等问题，根部未焊透及弱连接在产品使用过程中易应力集中，可能成为裂纹源，极大的降低了产品的使用性能。
随着搅拌摩擦焊技术的日益成熟，双轴肩搅拌摩擦焊技术在一定范围内解决了上述问题，双轴肩搅拌摩擦焊可双面成型，但由于设备要求高、焊接效率低、产品接头结构单一等因素在工程上没有得到广泛应用。而采用补焊和打磨去除的方法均存在劳动强度大、外观不美观、焊缝质量差的缺点。因此，搅拌摩擦焊根部弱连接及未焊透问题一直没有得到有效的解决。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有的搅拌摩擦焊技术存在搅拌摩擦焊根部弱连接及未焊透的问题，提供一种消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法。
为达到上述目的，本发明提供一种消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，该方法包括如下步骤：
A、预清洗：将待焊工件焊接接头的坡口面以及附近25mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇清洗待焊接工件表面油污；
B、去除氧化膜：将待焊工件焊接接头的坡口面以及附近25mm的范围内采用钢丝碗刷去除待焊接工件表面的氧化膜；
C、终清洗：将待焊工件焊接接头的坡口面以及附近25mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇再次清洗待焊接工件表面的残余废屑；
D、装配组对：利用夹紧工装将待焊工件两侧压紧并施加侧顶力，保证待焊工件焊缝间隙≤0.5mm，焊缝两侧待焊工件的错边量≤0.2mm；
E、选取搅拌头：搅拌头针长小于待焊工件接头厚度0.2～0.3mm；
F、焊接：选取适当焊接工艺参数进行焊接，以确保工件表面成型良好，工件焊缝内部无孔洞隧道(S线允许存在)；
G、翻转及装夹：将焊接完成的工件翻转，使焊缝根部向上，并重复步骤D；
H、选取修饰搅拌头：修饰搅拌头针长≤1mm或采用无针搅拌头；
I、完成修饰焊接：选取适当焊接工艺参数对焊缝根部进行修饰焊接。
进一步，待焊工件为铝合金材质的待焊工件。
进一步，步骤B中待焊工件表面氧化膜为Al2O3氧化膜，氧化膜的厚度范围为25～40μm。
进一步，步骤E中搅拌头为螺纹搅拌头，螺纹搅拌头的轴肩直径为18～22mm，搅拌头针长为5.5～6.0mm，搅拌头旋转扎入焊缝的旋转速度为1500～1700r/min，搅拌头扎入后距离工件下面的距离为0.2～0.3mm。
进一步，步骤F中焊接工艺为：焊接压力为17～19KN，搅拌头的转速为1500～1700r/min，搅拌头的焊速为1400～1600r/min，搅拌头前倾角为1～3°。
进一步，步骤H中搅拌头的轴肩直径为18～22mm，搅拌头针长为0.5～1.0mm。
进一步，步骤I中修饰焊接工艺为：修饰焊接压力为12～15KN，搅拌头的转速为2300～2500r/min，搅拌头的焊速为1800～2100r/min，搅拌头前倾角为1～3°。
本发明的有益效果在于：
1、本发明消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，在对焊缝根部进行修饰焊接时不依赖于搅拌针的焊接深度，仅靠搅拌头轴肩的摩擦热即可完成焊缝根部小尺寸未焊透及弱连接的消除。
2、本发明消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，对修饰焊接的组对要求低，同时可进行高转数、高焊速的焊接，提高工作效率。
3、本发明消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，机械化程度高，无需人工对未焊透及弱连接问题进行补修操作，改善劳动强度，且焊缝双面成型美观。
4、本发明消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，背部修饰焊在消除根部未焊透及弱连接的同时，可部分抵消第一道焊缝产生的纵向收缩弯曲变形，有效的减小了焊接变形。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接方法的工作流程图；
图2为本发明消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接方法的焊接过程示意图；
图3为本发明消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接方法的修饰焊接过程示意图；
图4为采用传统搅拌摩擦焊焊接方法焊接工件所得焊缝的截面状态图；
图5为采用本发明消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接方法焊接工件所得焊缝的截面状态图。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例
待焊工件采用6mm厚的6005A-T6铝合金挤压板材，采用对接接头的形式。其消除6005A-T6铝合金挤压板材搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法如图1，包括如下步骤：
A、预清洗：将待焊铝合金挤压板材焊接接头的坡口面以及附近25mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮清洗待焊铝合金挤压板材表面油污；
B、去除氧化膜：将待焊铝合金挤压板材焊接接头的坡口面以及附近25mm的范围内采用钢丝碗刷去除待焊铝合金挤压板材表面的氧化膜；
C、终清洗：将待焊铝合金挤压板材焊接接头的坡口面以及附近25mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮再次清洗待焊铝合金挤压板材表面的残余废屑；
D、装配组对：利用夹紧工装将待焊铝合金挤压板材两侧压紧并施加侧顶力，保证待焊工件焊缝间隙≤0.5mm，焊缝两侧待焊工件的错边量≤0.2mm；
E、选取搅拌头：选取螺纹搅拌头，螺纹搅拌头轴肩直径为20mm，螺纹搅拌头针长5.8mm，螺纹搅拌头针长小于待焊工件接头厚度0.2～0.3mm，搅拌头旋转扎入焊缝的旋转速度为1600r/min；
F、焊接：选取适当焊接工艺参数进行焊接，以确保铝合金挤压板材表面成型良好，铝合金挤压板材焊缝内部无孔洞隧道(如图2)，其中焊接工艺参数为：
压力(KN) 转数(r/min) 焊速(mm/min) 前倾角(°)
18 1600 1500 1.5
G、翻转及装夹：将焊接完成的铝合金挤压板材翻转，使焊缝根部向上，并重复步骤D；
H、选取修饰搅拌头：修饰搅拌头轴肩直径为20mm，修饰搅拌头针长0.5mm；
I、完成修饰焊接：选取适当修饰焊接工艺参数对焊缝根部进行修饰焊接(如图3)，其中修饰焊接工艺参数为：
压力(KN) 转数(r/min) 焊速(mm/min) 前倾角(°)
16 2400 2000 1.5
对比例
待焊工件采用6mm厚的6005A-T6铝合金挤压板材，采用对接接头的形式。其消除6005A-T6铝合金挤压板材搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，包括如下步骤：
A、预清洗：将待焊铝合金挤压板材焊接接头的坡口面以及附近25mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮清洗待焊铝合金挤压板材表面油污；
B、去除氧化膜：将待焊铝合金挤压板材焊接接头的坡口面以及附近25mm的范围内采用钢丝碗刷去除待焊铝合金挤压板材表面的氧化膜；
C、终清洗：将待焊铝合金挤压板材焊接接头的坡口面以及附近25mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮再次清洗待焊铝合金挤压板材表面的残余废屑；
D、装配组对：利用夹紧工装将待焊铝合金挤压板材两侧压紧并施加侧顶力，保证待焊工件焊缝间隙≤0.5mm，焊缝两侧待焊工件的错边量≤0.2mm；
E、选取搅拌头：选取螺纹搅拌头，螺纹搅拌头轴肩直径为20mm，螺纹搅拌头针长6mm，搅拌头旋转扎入焊缝的旋转速度为1600r/min；
F、焊接：选取适当焊接工艺参数进行焊接，以确保铝合金挤压板材表面成型良好，铝合金挤压板材焊缝内部无孔洞隧道，其中焊接工艺参数为：
压力(KN) 转数(r/min) 焊速(mm/min) 前倾角(°)
18 1600 1500 1.5
对比例为采用传统搅拌摩擦焊焊接方法焊接工件，与实施例相比，省略了修饰焊接的步骤，直接通过螺纹搅拌头对焊缝进行焊接。
采用传统搅拌摩擦焊焊接方法与本发明消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法的焊缝横截面状态分别如图4、图5所示。两者均存在搅拌摩擦焊“S”特征线，图4所示传统搅拌摩擦焊“S”线从焊缝表面连续至根部，导致根部存在弱连接，图5所示本发明消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，将连续“S”线打断，焊缝根部未焊透及弱连接问题得到有效解决。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
A、预清洗：将待焊工件焊接接头的坡口面以及附近25mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇清洗待焊接工件表面油污；
B、去除氧化膜：将待焊工件焊接接头的坡口面以及附近25mm的范围内采用钢丝碗刷去除待焊接工件表面的氧化膜；
C、终清洗：将待焊工件焊接接头的坡口面以及附近25mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇再次清洗待焊接工件表面的残余废屑；
D、装配组对：利用夹紧工装将待焊工件两侧压紧并施加侧顶力，保证待焊工件焊缝间隙≤0.5mm，焊缝两侧待焊工件的错边量≤0.2mm；
E、选取搅拌头：搅拌头针长小于待焊工件接头厚度0.2～0.3mm；
F、焊接：选取适当焊接工艺参数进行焊接，以确保工件表面成型良好，工件焊缝内部无孔洞隧道(S线允许存在)；
G、翻转及装夹：将焊接完成的工件翻转，使焊缝根部向上，并重复步骤D；
H、选取修饰搅拌头：修饰搅拌头针长≤1mm或采用无针搅拌头；
I、完成修饰焊接：选取适当焊接工艺参数对焊缝根部进行修饰焊接。
2.如权利要求1所述的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，其特征在于，待焊工件为铝合金材质的待焊工件。
3.如权利要求2所述的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，其特征在于，步骤B中待焊工件表面氧化膜为Al2O3氧化膜，氧化膜的厚度范围为25～40μm。
4.如权利要求1所述的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，其特征在于，步骤E中搅拌头为螺纹搅拌头，螺纹搅拌头的轴肩直径为18～22mm，搅拌头针长为5.5～6.0mm，搅拌头旋转扎入焊缝的旋转速度为1500～1700r/min，搅拌头扎入后距离工件下面的距离为0.2～0.3mm。
5.如权利要求4所述的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，其特征在于，步骤F中焊接工艺为：焊接压力为17～19KN，搅拌头的转速为1500～1700r/min，搅拌头的焊速为1400～1600r/min，搅拌头前倾角为1～3°。
6.如权利要求5所述的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，其特征在于，步骤H中搅拌头的轴肩直径为18～22mm，搅拌头针长为0.5～1.0mm。
7.如权利要求6所述的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，其特征在于，步骤I中修饰焊接工艺为：修饰焊接压力为12～15KN，搅拌头的转速为2300～2500r/min，搅拌头的焊速为1800～2100r/min，搅拌头前倾角为1～3°。
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