CN108971741A - 一种t形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊方法 - Google Patents

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周利
张仁晓
杨海峰
郭孜颂
刘会杰
宋晓国
冯吉才
赵慧慧
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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

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Abstract

一种T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊方法，属于焊接技术领域。本发明解决了T形接头角焊缝静止轴肩搅拌摩擦焊焊缝力学性能较低的问题。具体步骤为：对待焊工件进行装夹；焊丝自送丝机构引出，穿过高频感应线圈，并定位于定位导轮和搅拌头正下方；启动高频感应加热设备，启动送丝机构，送丝方向与焊接方向相反；启动静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，于预计焊接路线的起始位置扎入搅拌针进行焊接；扎入完成后，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；焊接结束关闭设备。本发明用于T形构件焊接，提高T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊焊缝的力学性能。

Description

一种T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊方法
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T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊方法，属于焊接技术领域。
背景技术
搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding简称FSW)是英国焊接研究所(TWI)于1991年10月提出的发明专利，FSW技术在铝合金结构制造领域取得的巨大成功，使得人们期望其应用于各种焊接接头形式及金属材料的连接。但目前大多数FSW技术的工业应用主要局限于简单对接接头形式，在应用于飞行器机身、船舶甲板、汽车和列车车身等结构制造中大量使用的T形接头、角焊缝及箱形结构时，受搅拌工具轴肩的限制，FSW技术很难应用于这些结构制造。为克服传统FSW技术的局限性，英国焊接研究所在传统FSW基础上将轴肩与搅拌针分离，开发出静止轴肩搅拌摩擦焊(Stationary Shoulder Friction StirWelding,SSFSW)技术。
静止轴肩搅拌摩擦焊(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，同时可以实现无填充材料及有填充材料的各种不同板厚角焊缝的连接。无填充材料T形接头底板与筋板过渡处为直角，不利于实际结构的承载，而在无填充材料T形接头的基础上可以实现有填充材料T形接头的焊接。有填充材料T形接头中，通过材料的填充，在底板与筋板过渡处形成表面光滑的过渡圆角，显著降低应力集中程度；然而，由于有常规温度填充材料T形接头的制造中采用了较大的压入量，在一定程度上削弱了焊缝有效承载面积，且热影响区受到剧烈的焊接热循环影响，析出相的长大降低了其强度。因此底板和筋板的抗拉强度明显低于无填充材料的T形接头，更是低于常规静轴肩搅拌焊对接接头的力学性能。
高频预热焊丝在TIG焊接中已经得到了广泛的运用，具有适用于各种金属材质的焊丝,特别是低电阻率焊丝的加热。高频感应焊丝加热没有旁路电流磁场干扰,消除了磁偏吹现象，而且通过对高频输出电流和输出振荡频率的控制，可以精确地控制焊丝的温度，同时，利用高频感应集肤效应,可以控制感应加热的深度，具有热丝效率高,加热速度快等优点。
目前针对如何解决T形接头角焊缝有、无填充材料条件下力学性能较低的问题还没有相关较好的解决方法。因此，如何从根本上解决T形接头角焊缝静止轴肩搅拌摩擦焊焊缝力学性能较低的问题，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T形接头角焊缝静止轴肩搅拌摩擦焊焊缝力学性能较低的问题，进而设计了一种T形接头预热不同组分焊丝随焊送入的静止轴肩搅拌摩擦焊方法。焊接热输入量进一步降低，静止轴肩的下压量减小，易于控制，便于操作，焊缝组分、预热温度、送丝速度等参数方便可调，焊缝组织细化，提高T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊焊缝的力学性能。
本发明所采取的方案为：一种T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊方法，具体步骤为：
步骤一，对待焊工件进行装夹；
步骤二，焊丝自送丝机构引出，穿过高频感应线圈，并定位于定位导轮和搅拌头正下方；启动高频感应加热设备，启动送丝机构，送丝方向与焊接方向相反；
步骤三，启动静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，于预计焊接路线的起始位置扎入搅拌针进行焊接；
步骤四，扎入完成后，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，焊接结束搅拌针脱离焊缝后，关闭焊丝预热机构、关闭焊丝送丝机构、关闭静止轴肩搅拌摩擦焊接装置。
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：送丝机构送丝速度为1m/min～15m/min。
进一步地：焊丝预热温度为20℃～500℃。
进一步地：感应线圈回路电流500～800A。
本发明所达到的效果为：
本发明针对T形接头角焊缝静止轴肩搅拌摩擦焊焊缝力学性能较低的问题，设计了一种T形接头角焊缝减薄的静轴肩搅拌焊方法。通过随焊不同组分预热焊丝的添加，焊缝减薄问题得到消除，焊缝成分可调、改善了接头组织形貌和力学性能。
本发明具有如下优势：
本发明利用预热焊丝的添加，有效的降低了T形接头搅拌摩擦焊时静止轴肩的下压量，消除了焊缝减薄，焊缝成分可调、力学性能得到提高。
本发明所形成的焊缝平滑美观，热输入量降低，组织性能细化，设备结构简单，容易实现。
本发明通过改变预热焊丝的不同组分、预热温度、送丝速度、焊丝类型、焊丝形状等参数，在提高焊缝力学性能的同时，还可以获得不同特性(硬度、耐磨、耐蚀)的焊缝组织。
附图说明
图1为本发明添加预热焊丝T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊方法的焊接示意图。
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，对本实施方式的一种T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊方法，进一步进行阐述：
首先，使用夹具对待焊工件8按如图所示方式进行装夹。
其次，焊丝1自送丝机构2引出，穿过高频感应线圈3，并定位于定位导轮(包括送丝轮4和定位轮7)和搅拌头5正下方；启动高频感应加热设备6，启动送丝机构2，送丝方向与焊接方向相反，并且相对速度可调。
其后，启动静止轴肩搅拌摩擦焊接装置9，于预计焊接路线的起始位置扎入搅拌针进行焊接。预热焊丝随送丝机构送入焊缝搅拌针下方，并随搅拌针进入焊缝。
再次，扎入完成后，工作台沿既定轨迹运行，实现连续焊接。
再次，既定轨迹运行完毕后，搅拌针于焊接结束位置脱离角焊缝。
最后，搅拌针脱离焊缝后，关闭焊丝预热机构、关闭焊丝送丝机构、关闭静止轴肩搅拌摩擦焊接装置。
其中，焊丝为实心焊丝，焊丝预热机构由高频感应加热设备和感应线圈组成。
其中，T形接头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，送丝机构送丝速度为1m/min～15m/min。
其中，焊丝预热温度为20℃～500℃。
其中，感应线圈回路电流500～800A。
该方法中所用装置包括如下结构：焊丝预热机构、焊丝送丝机构、静止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 (7)

1.一种T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，对待焊工件进行装夹；
步骤二，焊丝自送丝机构引出，穿过高频感应线圈，并定位于定位导轮和搅拌头正下方；启动高频感应加热设备，启动送丝机构，送丝方向与焊接方向相反；
步骤三，启动静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，于预计焊接路线的起始位置扎入搅拌针进行焊接；
步骤四，扎入完成后，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，焊接结束搅拌针脱离焊缝后，关闭焊丝预热机构、关闭焊丝送丝机构、关闭静止轴肩搅拌摩擦焊接装置。
2.根据权利要求1所述的一种T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊方法，其特征在于：T形接头底板和筋板均选用铝合金，板厚2～10mm。
3.根据权利要求2所述的一种T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊方法，其特征在于：搅拌头转速为300rpm～4500rpm。
4.根据权利要求3所述的一种T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊方法，其特征在于：工作台进给速度为10mm/min～200mm/min。
5.根据权利要求4所述的一种T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊方法，其特征在于：送丝机构送丝速度为1m/min～15m/min。
6.根据权利要求5所述的一种T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊方法，其特征在于：焊丝预热温度为20℃～500℃。
7.根据权利要求6所述的一种T形接头角焊缝静止轴肩搅拌焊方法，其特征在于：感应线圈回路电流500～800A。
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