CN109202267A - 一种静轴肩搅拌摩擦焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种静轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：采用非零角度焊接，将搅拌工具沿焊接方向抬起一定角度，使得搅拌工具的轴线与焊接平面的夹角为90－α,其中，α为抬起角度，α=1°～2.5°，使得静轴肩的前半部分稍微离开焊接平面，静轴肩表面与焊缝之间存在一定空隙。本发明极大改善静轴肩搅拌摩擦焊的焊缝成型，降低焊缝出现隧道的概率，无论焊接过程中静轴肩上是否附着焊料都不会对焊缝的成型产生影响，同时拓宽了静轴肩搅拌摩擦焊的工艺窗口，保证焊缝的成型情况真实反映了焊接工艺参数对焊接效果的影响。

Description

一种静轴肩搅拌摩擦焊接方法
技术领域
本发明涉及一种静轴肩搅拌摩擦焊接方法，属于搅拌摩擦焊接技术领域。
背景技术
静轴肩搅拌摩擦焊是一种新型搅拌摩擦焊技术，由于焊接过程中轴肩不随搅拌工具转动，产生的热输入量小，适用于热传导率小的材料，并且静止轴肩的抹平作用使得焊缝表面平整，光滑。然而，静轴肩搅拌摩擦焊作为一种新兴技术，目前国内外的公布资料显示该技术仅停留现在实验室，还没有大规模工程化应用的实例，研究和应用尚不成熟。
目前国内外在静轴肩搅拌摩擦焊焊接方法的研究中，多采用零角度焊接，即搅拌工具与焊缝平面垂直，但此种方法的缺点：在焊接起始阶段，焊件部分材料会粘在轴肩表面而“划伤”焊缝，使得焊缝表面形成严重的隧道。形成此种现象的原因在于焊接过程中搅拌工具的轴肩是不旋转的，因此在起始阶段附着其上的焊料很难随着轴肩旋转而进入焊缝，同时静轴肩搅拌摩擦焊的整体热输入量较小导致轴肩的表面温度较比传统搅拌摩擦焊偏低，因此附着其上的焊料会很快冷却变硬损伤焊缝。现有技术多通过改变搅拌针的转速、焊接速度、搅拌针的扎入深度与停留时间等焊接参数尽量使得在焊接起始阶段焊料不会附着在轴肩表面，以解决静轴肩搅拌摩擦焊中焊件部分材料会粘在轴肩表面而“划伤”焊缝，使得焊缝表面形成严重的隧道的问题。
但上述方法没有考虑到机头焊接角度，成功率不高而且还会缩小静轴肩搅拌摩擦焊的工艺窗口，使得某些适用的工艺参数不能使用。因此，深入研究静轴肩搅拌摩擦焊，对其结构和工艺设置进行改进以扩大其适用范围具有重要的意义。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种静轴肩搅拌摩擦焊接方法，其通过改变搅拌工具的焊接角度，采用非零角度焊接方式，使得搅拌工具与焊接平面不再是垂直而是始终保持一定角度，轴肩的前半部分稍微离开焊接平面，这样轴肩表面与焊缝之间存在了一定空隙，即使轴肩表面附着了焊料对焊缝的成型影响也很小，轴肩的后半部分则更加紧贴焊缝，焊接过程中对焊缝进行大压力的抹平，改善焊缝表面的材料流动性能。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下方案实现：
一种静轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：采用非零角度焊接，将搅拌工具沿焊接方向抬起一定角度，使得搅拌工具的轴线与焊接平面的夹角为90－α, 其中，α为抬起角度，α=1°~2.5°，使得静轴肩的前半部分稍微离开焊接平面，静轴肩表面与焊缝之间存在一定空隙。
进一步地，在不改变装置的情况下通过搅拌摩擦焊的机床设备来调节焊接角度，使搅拌工具沿焊接方向抬起。
进一步地，确定所述搅拌工具沿焊接方向抬起角度大小的方法包括如下步骤：
（1）确定焊接材料
目前搅拌摩擦焊适用的材料多为铝合金，而不同牌号的铝合金由于其化学成为与热处理工艺的不同硬度上存在很大差异，针对硬度较高的焊材应选择较小的焊接角度，反之针对硬度较小焊料可适当增大焊接角度，这样可以有效的控制焊接过程中搅拌工具所承受的前进抗力；即抬起角度随材料硬度的增大而减小，以有效的控制焊接过程中搅拌工具所承受的前进抗力；
（2）确定焊接参数
针对焊接过程中所使用的不同转速与焊速的参数搭配，焊接角度也要有所调整，当焊接材料确定时，转速(rpm)与焊速(mm/min)的数值比值越大，焊接角度可随之减小，减小程度以不影响焊缝表面成型为界限。即当焊接材料确定时，抬起角度随转速与焊速的数值比值的增大而减小，减小程度以不影响焊缝表面成型为界限。
进一步地，焊接6xxx系铝合金的抬起角度为2.5°；
进一步地，焊接5xxx系铝合金的抬起角度2.1°；
进一步地，焊接2xxx系铝合金的抬起角度为1.8°；
进一步地，焊接7xxx系铝合金的抬起角度为1.5°。
本发明的技术效果如下：
（1）利用此种方法可以极大改善静轴肩搅拌摩擦焊的焊缝成型，降低焊缝出现隧道的概率，无论焊接过程中静轴肩上是否附着焊料都不会对焊缝的成型产生影响，同时拓宽了静轴肩搅拌摩擦焊的工艺窗口，保证焊缝的成型情况真实反映了焊接工艺参数对焊接效果的影响。零角度静轴肩焊接往往会因为轴肩粘料导致焊缝无法成行，因此在试验中无法确认是由于焊接参数不合适还是粘料导致焊缝无法成型，而本发明的非零角度静轴肩焊接将粘料因素排除，真实反映焊接参数对焊缝成型的影响。
（2）本发明只需改变机头的焊接角度，并不改变装置结构与焊接工艺参数。在不改变装置的情况下通过搅拌摩擦焊的机床设备可以调节整个焊接角度，容易操作和实现。
附图说明
图1 本发明焊接方法示意图；
图2采用本发明的焊接效果图；
图3 采用现有技术的焊接效果图。
图中：1-搅拌工具；2-静轴肩；3-焊接平面；4-静轴肩与焊接平面的间隙。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明的一种静轴肩搅拌摩擦焊接方法作进一步阐述，但本发明的保护内容并不限于以下实施例。
实施例1
商用6005A铝合金型材静轴肩搅拌摩擦焊试验：非零角度
采用如图1方式进行焊接，图中箭头方向为焊接方向，水平虚线为焊接平面。采用双面对搭接接头。焊接时采用的转速为2100(rpm)，焊速为900(mm/min)，焊接角度α为2.5°，焊缝表面成型良好且没有再出现隧道。如图2所示。
实施例2
商用6005A铝合金型材静轴肩搅拌摩擦焊试验：零角度垂直焊接双面对搭接接头。焊接时采用的转速为2100(rpm)，焊速为900(mm/min)，零角度焊接时成型情况不稳定，焊缝表面会经常出现隧道缺陷，如图3所示。

Claims (7)

1.一种静轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：采用非零角度焊接，将搅拌工具沿焊接方向抬起一定角度，使得搅拌工具的轴线与焊接平面的夹角为90－α, 其中，α为抬起角度，α=1°~2.5°，使得静轴肩的前半部分稍微离开焊接平面，静轴肩表面与焊缝之间存在一定空隙。
2.根据权利要求1所述的一种静轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：在不改变装置的情况下通过搅拌摩擦焊的机床设备来调节焊接角度，使搅拌工具沿焊接方向抬起。
3.根据权利要求1所述的一种静轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：确定所述搅拌工具沿焊接方向抬起角度大小的方法包括如下步骤：
确定焊接材料
抬起角度随材料硬度的增大而减小，以有效的控制焊接过程中搅拌工具所承受的前进抗力；
确定焊接参数
当焊接材料确定时，抬起角度随转速与焊速的数值比值的增大而减小，减小程度以不影响焊缝表面成型为界限。
4.根据权利要求1所述的一种静轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：焊接6xxx系铝合金的抬起角度为2.5°。
5.根据权利要求1所述的一种静轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：焊接5xxx系铝合金的抬起角度2.1°。
6.根据权利要求1所述的一种静轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：焊接2xxx系铝合金的抬起角度为1.8°。
7.根据权利要求1所述的一种静轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：焊接7xxx系铝合金的抬起角度为1.5°。
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