CN108941882A - 一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接t形接头的方法 - Google Patents

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杨海峰
郭孜颂
张仁晓
黄永宪
宋晓国
冯吉才
赵慧慧
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Abstract

一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法，属于焊接技术领域。本发明解决了静轴肩搅拌摩擦焊的焊缝厚度小于母材厚度的问题，以及堆焊的未焊透或焊接应力与变形过大的问题。具体步骤为：使用夹具对待焊工件进行装夹；启动堆焊机，对底板与筋板的角焊缝待焊表面进行预堆焊；根据所需时间间隔，启动静轴肩搅拌摩擦焊接装置，对齐堆焊区域并于预计焊接路线的起始位置扎入搅拌针；扎入完成后，静轴肩与待焊工件贴合，工作台沿既定轨迹运行，实现连续焊接；既定轨迹运行完毕后，搅拌针于焊接结束位置脱离角焊缝；另一侧角焊缝焊接，焊接结束。本发明用于T形构件焊接。焊后接头成型美观、热输入小、稀释率低、微观组织及力学性能优良的焊缝。

Description

一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法
技术领域
本发明涉及一种焊接T形接头的方法，具体涉及一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法，属于焊接技术领域。
背景技术
搅拌摩擦焊(FSW)在铝合金等有色金属领域取得了巨大成功，使人们开始设计各类方法来满足不同形式接头的需求。但目前大部分搅拌摩擦焊技术只能应用于简单对接接头形式，很难应用于工业化生产T形接头、角焊缝及箱形的结构制造。如果把FSW技术拓展到T形接头中就有可能解决挤压成型成本高及熔焊和铆接接头中存在的缺陷和压力集中问题。
英国焊接研究所在传统FSW基础上将轴肩与搅拌针分离，开发出静轴肩搅拌摩擦焊(Stationary Shoulder Friction Stir Welding,SSFSW)技术，其特点是能有效实现低热传导材料如钛合金等的焊接，而且在铝合金角焊缝及T形焊接接头的制造中具有明显的优势。但是，在焊接时由于飞边、搅拌头与静止轴肩之间间隙漏铝等因素，使得角焊缝处的接头厚度相比母材厚度有一定程度的减少，从而造成接头性能下降。除此之外，由于方法限制，难以进行金属填充等，无法在冶金方面做出改进。
堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件的制造修复中。为了最有效地发挥堆焊层的作用，希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术。在堆焊进行角焊缝的焊接时，由于填充金属从而能够在角焊缝处形成良好的过渡圆弧，并向焊缝中填入有利于焊缝质量提高的合金元素。但是仅依靠堆焊来对角焊缝进行焊接的话，热输入过小，会产生未焊透的缺陷；热输入过大，会产生很大的焊接应力和变形的缺陷。
因此，如何从根本上解决静轴肩搅拌摩擦焊的焊缝厚度小于母材厚度的问题，及堆焊的未焊透或焊接应力与变形过大的问题，成为了本领域亟待突破的技术瓶颈。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，本发明为了解决静轴肩搅拌摩擦焊的焊缝厚度小于母材厚度的问题，以及堆焊的未焊透或焊接应力与变形过大的问题，进而设计了一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法。本发明将堆焊与静轴肩搅拌摩擦焊相结合，通过小热输入预堆焊向焊缝处添加相应的合金元素，此时焊缝处处于未焊透状态。再通过静轴肩搅拌摩擦焊对焊缝进行进一步焊接，从而得到焊后接头成型美观、热输入小、稀释率低、微观组织及力学性能优良的焊缝，既解决了静轴肩搅拌摩擦焊的焊缝厚度小于母材厚度的问题，又解决了堆焊的未焊透或焊接应力与变形过大的问题，取得了1+1>2的效果。
本发明所采取的方案为：一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法，具体步骤为：
步骤一，使用夹具对待焊工件进行装夹；
步骤二，启动堆焊机，对底板与筋板的角焊缝待焊表面进行预堆焊；
步骤三，根据所需时间间隔，启动静轴肩搅拌摩擦焊接装置，对齐堆焊区域并于预计焊接路线的起始位置扎入搅拌针；
步骤四，扎入完成后，静轴肩与待焊工件贴合，工作台沿既定轨迹运行，实现连续焊接；
步骤五，既定轨迹运行完毕后，搅拌针于焊接结束位置脱离角焊缝；
步骤六，重复步骤一至步骤五，完成另一侧角焊缝焊接，焊接结束。
其中，静轴肩搅拌摩擦焊可以在预堆焊时进行，实现同步焊接，也可以预堆焊后进行，实现异步焊接。在搅拌针扎入角焊缝的同时，静轴肩与待焊工件贴合，实现压深小于0.1mm，并起压紧作用，工作台移动，实现连接。所述待焊工件所用夹具可以将待焊工件固定于可移动的工作台上。
进一步地：所述预堆焊的堆焊范围大于所述静轴肩搅拌摩擦焊接装置中搅拌针在待焊表面的作用范围的10％。
进一步地：堆焊焊接电流50～500A。
进一步地：堆焊焊接电压20～50V。
进一步地：堆焊机进给速度10mm/min～200mm/min。
进一步地：堆焊机送丝速度1mm/min～15mm/min。
进一步地：T形接头底板和筋板均选用铝合金，板厚2～10mm。
进一步地：搅拌头转速为300rpm～4500rpm。
进一步地：工作台进给速度为10mm/min～200mm/min。
进一步地：预堆焊与搅拌摩擦焊的时间间隔为0s～300s。
本发明所达到的效果为：
本发明针对传统静轴肩搅拌摩擦焊在连接时力学性能不理想，设计了一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法。通过预堆焊改善接头组织形貌和力学性能。
本发明具有如下优势：
无可动填充物，通过预堆焊，将填充块堆焊在待焊区域，将T形接头进行预先点固，防止焊件在静轴肩搅拌摩擦焊焊接过程中因轴肩压力作用产生相对移动，进而影响焊缝质量；通过自由改变预堆焊时使用的材料，从而向焊缝中添加所需合金元素，提高接头性能，并解决了传统搅拌摩擦焊焊缝厚度小于母材厚度的问题。除此之外，预堆焊也有预热作用，通过控制预堆焊过程与静轴肩搅拌摩擦焊过程时间间隔，使预堆焊后待焊区域达到最佳预热温度，提高焊缝质量。
附图说明
图1为本发明的堆焊示意图；
图2为本发明的焊接示意图；
图3为本发明的焊接剖面图。
具体实施方式
为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在申请文件中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
实施例：结合图1至图3，对本实施方式的一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法，进一步进行阐述：
首先，使用夹具对待焊工件按如图所示方式进行装夹。
其次，通过TIG焊(非熔化极惰性气体保护焊)对底板1与筋板2的角焊缝待焊表面进行预堆焊，所需堆焊区域3如图中阴影区域所示。
然后，根据所需时间间隔，启动静轴肩搅拌摩擦焊接装置4，对齐预堆焊部位并于预计焊接路线的起始位置扎入搅拌针5。在搅拌针5扎入角焊缝的同时，静轴肩6与待焊工件贴合。
其后，扎入完成后，工作台沿既定轨迹运行，实现连续焊接。
再次，焊接完成一侧角焊缝后，对另一侧角焊缝进行相同焊接操作。
最后，另一侧角焊缝焊接操作完毕后，焊接结束。
其中，堆焊焊接电流50～500A。
其中，堆焊焊接电压20～50V。
其中，堆焊机进给速度10mm/min～200mm/min。
其中，堆焊机送丝速度1mm/min～15mm/min。
其中，T形接头的底板和筋板均选用铝合金，板厚2～10mm。
其中，搅拌头转速为300rpm～4500rpm。
其中，工作台进给速度为10mm/min～200mm/min。
其中，预堆焊与搅拌摩擦焊的时间间隔为0s～300s。
该方法中所用装置包括如下结构：进行预堆焊的堆焊装置、静轴肩搅拌摩擦焊接装置、待焊工件所用夹具、可移动的工作台。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，使用夹具对待焊工件进行装夹；
步骤二，启动堆焊机，对底板与筋板的角焊缝待焊表面进行预堆焊；
步骤三，根据所需时间间隔，启动静轴肩搅拌摩擦焊接装置，对齐堆焊区域并于预计焊接路线的起始位置扎入搅拌针；
步骤四，扎入完成后，静轴肩与待焊工件贴合，工作台沿既定轨迹运行，实现连续焊接；
步骤五，既定轨迹运行完毕后，搅拌针于焊接结束位置脱离角焊缝；
步骤六，重复步骤一至步骤五，完成另一侧角焊缝焊接，焊接结束。
2.根据权利要求1所述的一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法，其特征在于：所述预堆焊的堆焊范围应大于焊缝宽度10％，所述静轴肩搅拌摩擦焊接装置中搅拌针在待焊表面的作用范围。
3.根据权利要求2所述的一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法，其特征在于：堆焊焊接电流50～500A。
4.根据权利要求3所述的一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法，其特征在于：堆焊焊接电压20～50V。
5.根据权利要求4所述的一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法，其特征在于：堆焊机进给速度10mm/min～200mm/min。
6.根据权利要求5所述的一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法，其特征在于：堆焊机送丝速度1mm/min～15mm/min。
7.根据权利要求6所述的一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法，其特征在于：T形接头底板和筋板均选用铝合金，板厚2～10mm。
8.根据权利要求7所述的一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法，其特征在于：搅拌头转速为300rpm～4500rpm。
9.根据权利要求8所述的一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法，其特征在于：工作台进给速度为10mm/min～200mm/min。
10.根据权利要求9所述的一种预堆焊辅助静轴肩搅拌摩擦焊焊接T形接头的方法，其特征在于：预堆焊与搅拌摩擦焊的时间间隔为0s～300s。
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