CN109226956A - 超声振动辅助摩擦焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声振动辅助摩擦焊接方法，用于解决现有辅助摩擦焊接方法焊接接头强度差的技术问题。技术方案是在旋转或线性摩擦焊接过程中，除在摩擦界面上施加正压力和摩擦剪力产生摩擦热及塑性变形外，在移动端工件上施加超声振动，传递到摩擦界面上的超声振动能够使摩擦界面上高温金属变形抗力下降，促进其塑性变形，从而能够在较小的摩擦压力下也能产生较大的塑性变形量，最终实现两侧工件的有效连接，提高了摩擦焊接接头强度。

Description

超声振动辅助摩擦焊接方法
技术领域
本发明涉及一种辅助摩擦焊接方法，特别涉及一种超声振动辅助摩擦焊接方法。
背景技术
超声波是频率高于20kHz的声波，具有功率大、方向性强和穿透性强等特点。其具有破碎氧化膜、打碎连续脆性相以及促进金属流动、改善材料塑性、细化焊缝晶粒等作用，在焊接领域中有着广泛的应用。
文献1“申请公布号是CN106238901A的中国发明专利”公开了一种超声辅助搅拌摩擦焊焊接工具及焊接方法。该方法在主机头不旋转的部位固定超声加工工具，焊接过程中，超声加工工具的端面与被焊材料的表面接触。可以有效去除残余应力，提高焊缝质量。
文献2“申请公布号是CN107695511A的中国发明专利”公开了一种超声辅助异质材料搅拌摩擦搭接装置及搭接方法。该方法将超声装置与搅拌摩擦焊接装置共同作用于异质材料接头，将传统连接接头中连续脆性相打碎，实现了异质材料的有效连接。解决了异质材料接头由于材料物理化学性质差别大而造成的连接困难、内部缺陷及连续的脆性相的问题。
通过旋转或线性摩擦焊连接室温强度较低的非移动端工件(即旋转端或振动端)与高温强度较高的移动端工件时，移动端工件在较小的摩擦压力下摩擦变形量小，非移动端工件与移动端工件接头性能差；在较大的摩擦压力下，非移动端工件母材内部就会受到损伤，影响非移动端工件性能，从而降低了非移动端工件与移动端工件的整体接头强度。
发明内容
为了克服现有辅助摩擦焊接方法焊接接头强度差的不足，本发明提供一种超声振动辅助摩擦焊接方法。该方法在旋转或线性摩擦焊接过程中，除在摩擦界面上施加正压力和摩擦剪力产生摩擦热及塑性变形外，在移动端工件上施加超声振动，传递到摩擦界面上的超声振动能够使摩擦界面上高温金属变形抗力下降，促进其塑性变形，从而能够在较小的摩擦压力下也能产生较大的塑性变形量，最终实现两侧工件的有效连接，提高了摩擦焊接接头强度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种超声振动辅助摩擦焊接方法，其特点是包括以下步骤：
步骤一、将旋转端工件1、移动端工件2分别夹持在旋转摩擦焊机的旋转夹具和移动夹具上；
步骤二、旋转摩擦焊机通过主轴电机及旋转夹具驱动旋转端工件1旋转，移动端液压系统通过滑台及移动夹具驱动移动端工件2逐渐靠近并压在高速旋转的旋转端工件1上，摩擦压力为50～350MPa，摩擦变形量为1.0～3.0mm，摩擦时间为3～12s；并同时将超声波换能器输出头3压在移动端工件2上，给移动端工件2施加超声振动，振动频率为20～100kHz；摩擦变形量或摩擦时间任一参数达到设定值时旋转夹具停止旋转，移动端液压系统施加100～400MPa的顶锻压力，保压4～6s。
一种超声振动辅助摩擦焊接方法，其特点是包括以下步骤：
步骤一、将旋转端工件1、移动端工件2分别夹持在旋转摩擦焊机的旋转夹具和移动夹具上，并将拘束套4套在移动端工件2上，拘束套4与移动端工件2的间隙为0.2～0.5mm，移动端工件2待焊接面伸出拘束套4外4.0～4.2mm；
步骤二、旋转摩擦焊机通过主轴电机及旋转夹具驱动旋转端工件1旋转，移动端液压系统通过滑台及移动夹具驱动移动端工件2逐渐靠近并压在高速旋转的旋转端工件1上，摩擦压力为50～350MPa，摩擦变形量为1.0～3.0mm，摩擦时间为3～12s；并同时将超声波换能器输出头3压在移动端工件2上的拘束套4上，通过拘束套4给移动端工件2施加超声振动，振动频率为20～100kHz；摩擦变形量或摩擦时间任一参数达到设定值时旋转夹具停止旋转，移动端液压系统施加100～400MPa的顶锻压力，保压4～6s。
一种超声振动辅助摩擦焊接方法，其特点是包括以下步骤：
步骤一、将振动端工件5、移动端工件2分别夹持在线性摩擦焊机的振动夹具和移动夹具上；
步骤二、线性摩擦焊机通过振动端液压系统及振动夹具驱动振动端工件5上下高频、小振幅往复振动，振动频率为20～60Hz、振幅为1～3mm；移动端液压系统通过滑台及移动夹具驱动移动端工件2逐渐靠近并压在往复运动的振动端工件5上，摩擦压力为50～350MPa，摩擦变形量为1.0～3.0mm，摩擦时间为3～12s；并同时将超声波换能器输出头3压在移动端工件2上，给移动端工件2施加超声振动，振动频率为20～100kHz；摩擦变形量或摩擦时间任一参数达到设定值时振动夹具停止运动，移动端液压系统施加100～400MPa的顶锻压力，保压4～6s。
本发明的有益效果是：该方法在旋转或线性摩擦焊接过程中，除在摩擦界面上施加正压力和摩擦剪力产生摩擦热及塑性变形外，在移动端工件上施加超声振动，传递到摩擦界面上的超声振动能够使摩擦界面上高温金属变形抗力下降，促进其塑性变形，从而能够在较小的摩擦压力下也能产生较大的塑性变形量，最终实现两侧工件的有效连接，提高了摩擦焊接接头强度。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例1中摩擦焊接工艺示意图。
图2是本发明实施例2中摩擦焊接工艺示意图。
图3是图2中拘束套结构示意图。
图4是本发明实施例3中摩擦焊接工艺示意图。
图中，1-旋转端工件，2-移动端工件，3-超声波换能器输出头，4-拘束套，5-振动端工件。
具体实施方式
以下实施例参照图1-4。
实施例1：参照图1，本实施例超声振动辅助摩擦焊接方法具体步骤如下：
步骤1.将旋转端工件1、移动端工件2分别夹持在旋转摩擦焊机的旋转夹具和移动夹具上；
步骤2.旋转摩擦焊机通过主轴电机及旋转夹具驱动旋转端工件1旋转，移动端液压系统通过滑台及移动夹具驱动移动端工件2逐渐靠近并压在高速旋转的旋转端工件1上，摩擦压力为50～350MPa，摩擦变形量为1.0～3.0mm，摩擦时间为3～12s；并同时将超声波换能器输出头3压在移动端工件2上，给移动端工件2施加超声振动，振动频率为20～100kHz；摩擦变形量或摩擦时间任一参数达到设定值时旋转夹具停止旋转，移动端液压系统施加100～400MPa的顶锻压力，保压4～6s。
实施例2：参照图2-3，在实施例1的基础上，对移动端工件2加以拘束，其余焊接方法相同。本实施例超声振动辅助摩擦焊接方法具体步骤如下：
步骤1.将旋转端工件1、移动端工件2分别夹持在旋转摩擦焊机的旋转夹具和移动夹具上，并将拘束套4套在移动端工件2上，拘束套4与移动端工件2的间隙为0.2～0.5mm，移动端工件2待焊接面伸出拘束套4外4.0～4.2mm；
步骤2.旋转摩擦焊机通过主轴电机及旋转夹具驱动旋转端工件1旋转，移动端液压系统通过滑台及移动夹具驱动移动端工件2逐渐靠近并压在高速旋转的旋转端工件1上，摩擦压力为50～350MPa，摩擦变形量为1.0～3.0mm，摩擦时间为3～12s；并同时将超声波换能器输出头3压在移动端工件2上的拘束套4上，通过拘束套4给移动端工件2施加超声振动，振动频率为20～100kHz；摩擦变形量或摩擦时间任一参数达到设定值时旋转夹具停止旋转，移动端液压系统施加100～400MPa的顶锻压力，保压4～6s。
实施例3：参照图4，在实施例1的基础上，将旋转摩擦焊机换成线性摩擦焊机，旋转夹具换成振动夹具。本实施例超声振动辅助摩擦焊接方法具体步骤如下：
步骤1.将振动端工件5、移动端工件2分别夹持在线性摩擦焊机的振动夹具和移动夹具上；
步骤2.线性摩擦焊机通过振动端液压系统及振动夹具驱动振动端工件5上下高频、小振幅往复振动，振动频率为20～60Hz、振幅为1～3mm；移动端液压系统通过滑台及移动夹具驱动移动端工件2逐渐靠近并压在往复运动的振动端工件5上，摩擦压力为50～350MPa，摩擦变形量为1.0～3.0mm，摩擦时间为3～12s；并同时将超声波换能器输出头3压在移动端工件2上，给移动端工件2施加超声振动，振动频率为20～100kHz；摩擦变形量或摩擦时间任一参数达到设定值时振动夹具停止运动，移动端液压系统施加100～400MPa的顶锻压力，保压4～6s。

Claims (3)

1.一种超声振动辅助摩擦焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、将旋转端工件(1)、移动端工件(2)分别夹持在旋转摩擦焊机的旋转夹具和移动夹具上；
步骤二、旋转摩擦焊机通过主轴电机及旋转夹具驱动旋转端工件(1)旋转，移动端液压系统通过滑台及移动夹具驱动移动端工件(2)逐渐靠近并压在高速旋转的旋转端工件(1)上，摩擦压力为50～350MPa，摩擦变形量为1.0～3.0mm，摩擦时间为3～12s；并同时将超声波换能器输出头(3)压在移动端工件(2)上，给移动端工件(2)施加超声振动，振动频率为20～100kHz；摩擦变形量或摩擦时间任一参数达到设定值时旋转夹具停止旋转，移动端液压系统施加100～400MPa的顶锻压力，保压4～6s。
2.一种超声振动辅助摩擦焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、将旋转端工件(1)、移动端工件(2)分别夹持在旋转摩擦焊机的旋转夹具和移动夹具上，并将拘束套(4)套在移动端工件(2)上，拘束套(4)与移动端工件(2)的间隙为0.2～0.5mm，移动端工件(2)待焊接面伸出拘束套(4)外4.0～4.2mm；
步骤二、旋转摩擦焊机通过主轴电机及旋转夹具驱动旋转端工件(1)旋转，移动端液压系统通过滑台及移动夹具驱动移动端工件(2)逐渐靠近并压在高速旋转的旋转端工件(1)上，摩擦压力为50～350MPa，摩擦变形量为1.0～3.0mm，摩擦时间为3～12s；并同时将超声波换能器输出头(3)压在移动端工件(2)上的拘束套(4)上，通过拘束套(4)给移动端工件(2)施加超声振动，振动频率为20～100kHz；摩擦变形量或摩擦时间任一参数达到设定值时旋转夹具停止旋转，移动端液压系统施加100～400MPa的顶锻压力，保压4～6s。
3.一种超声振动辅助摩擦焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、将振动端工件(5)、移动端工件(2)分别夹持在线性摩擦焊机的振动夹具和移动夹具上；
步骤二、线性摩擦焊机通过振动端液压系统及振动夹具驱动振动端工件(5)上下高频、小振幅往复振动，振动频率为20～60Hz、振幅为1～3mm；移动端液压系统通过滑台及移动夹具驱动移动端工件(2)逐渐靠近并压在往复运动的振动端工件(5)上，摩擦压力为50～350MPa，摩擦变形量为1.0～3.0mm，摩擦时间为3～12s；并同时将超声波换能器输出头(3)压在移动端工件(2)上，给移动端工件(2)施加超声振动，振动频率为20～100kHz；摩擦变形量或摩擦时间任一参数达到设定值时振动夹具停止运动，移动端液压系统施加100～400MPa的顶锻压力，保压4～6s。
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