CN110014221A - 一种搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金焊接技术领域，涉及一种搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺，将待焊接铝合金型材焊接后的焊缝的凸起面采用无搅拌针的搅拌头对焊缝进行“类搅拌摩擦焊”操作，根据每条焊道附近凸起的程度，采用转数为700～1200r/min，进给速度为1300～1800mm/min的参数对其焊道进行重新搅拌，均匀地将力和热的作用施加在产品上，与之前搅拌摩擦焊的变形用同样的方式施加一个“反变形”，达到调修的效果，使得搅拌摩擦焊变形量小于3mm，减少焊缝翘起角变形，焊接后的型材符合产品焊缝平整度要求。

Description

一种搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺
技术领域
本发明属于铝合金焊接技术领域，涉及一种搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺。
背景技术
对焊后变形的传统调修方法一般有两种：一种是机械调修，一种是火焰调修。然而，传统的调修工艺各有其缺陷：机械调修采用锤击、按压的方式对产品施加反变形，这种方法调修消耗时间长，若处理不当易对产品造成机械伤害，难以修复；而火焰调修利用热胀冷缩原理对焊缝背面进行加热，使产品在变形的反方向产生回弹，但是经过长时间加热的铝合金材料表面质量会变差，经过加热的部位会变蓝，而且对铝合金材料的强度也会造成不良影响。通常，人们采用机械调修和火焰调修相结合的的方法，即在拘束状态下的火焰调修，即便如此，其调修的范围仍然有限(变形量为25-35mm的拼接板最好的状态可以调修至15-20mm)。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有技术中即使采用机械调修、火焰调修或者二者相结合的方法，对接拼焊板的调修范围仍然有限，不能满足生产要求的问题，提供一种搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺。
为达到上述目的，本发明提供一种搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺，包括如下步骤：
A、预清洗：将待焊型材焊接接头的坡口面以及附近25mm范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇清洗待焊接型材表面油污；
B、去除氧化膜：将待焊型材焊接接头的坡口面以及附近25mm范围内采用钢丝碗刷去除待焊接型材表面的氧化膜；
C、终清洗：将待焊型材焊接接头的坡口面以及附近25mm范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇再次清洗待焊接型材表面的残余废屑；
D、装配组对：将若干个待焊型材拼接后利用夹紧工装并将待焊型材两端压紧并施加侧顶力，保证待焊型材焊缝间隙≤0.5mm，焊缝两侧待焊工件的错边量≤0.2mm；
E、正面焊接：将搅拌头上安装搅拌头针，搅拌头针长小于待焊型材接头厚度0.2～0.3mm，选取适当焊接工艺参数进行焊接，以确保型材表面成型良好，型材焊缝内部无孔洞隧道；
F、焊后调修：取下搅拌头针，利用无搅拌针的搅拌头对拼接型材焊接后的焊道进行类似搅拌摩擦焊的操作，使得平面度公差达到3mm以下；
G、背面焊接调修：将焊接完成的型材翻转，使焊缝根部向上，并重复步骤D～F。
进一步，步骤B中待焊型材表面氧化膜为Al2O3氧化膜，氧化膜的厚度范围为25～40μm。
进一步，步骤E中待焊型材焊缝焊接时先焊接奇数焊缝再焊接偶数焊缝。
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，搅拌头扎入后距离型材下底面的距离为0.2～0.3mm。
进一步，步骤E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1400～1600mm/min，搅拌头前倾角为2.5°。
进一步，步骤F无搅拌针的搅拌头的转速为700～1200r/min，进给速度为1300～1800mm/min。
进一步，步骤F无搅拌针的搅拌头的轴肩直径为18～22mm。
本发明的有益效果在于：
1、由于待焊接铝合金型材经机械调修和火焰调修无法达到预期效果(即搅拌摩擦焊变形量小于3mm)，本发明所公开的搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺，在焊缝凸起面采用无搅拌针的搅拌头对焊接后焊缝进行“类搅拌摩擦焊”操作，用焊接的热和力与产品自身的变形以及焊接残余应力对抗，以达到使其反向变形的目的，使得搅拌摩擦焊变形量小于3mm，减少焊缝翘起角变形，焊接后的型材符合产品焊缝平整度要求。
2、本发明所公开的搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺，采用无搅拌针的搅拌头对焊接后焊缝的凸起面进行“类搅拌摩擦焊”操作，根据每条焊道附近凸起的程度，采用转数为700-1200r/min，进给速度为1300-1800mm/min的参数对其焊道进行重新搅拌，均匀地将力和热的作用施加在产品上，与之前搅拌摩擦焊的变形用同样的方式施加一个“反变形”，达到调修的效果。同时，采用“类搅拌摩擦焊”操作，对搅拌摩擦焊后的残余应力也是一种针对性的柔性对抗(采用机械或火焰调修是利用敲击或灼烧对产品焊接残余应力进行无规则对抗)，更好地消除了焊接残余应力，因此能达到更好的调修效果。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明实施例中待焊接型材拼接安装在夹紧工装上的结构示意图；
图2为本发明实施例中待焊接型材正面焊接焊缝的结构示意图；
图3为本发明实施例中待焊接型材背面焊接焊缝的结构示意图；
图4为本发明对比例1中传统机械调修方法的结构示意图；
图5为本发明对比例2传统火焰加热调修方法中单体结构横向角变形的结构示意图；
图6为本发明对比例2传统火焰加热调修方法中单体结构横向对接变形的结构示意图；
图7为本发明对比例2传统火焰加热调修方法中单体结构纵向角变形的结构示意图；
图8为本发明对比例2传统火焰加热调修方法中薄板结构波浪变形采取“点加热”的加热方式的结构示意图；。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
机械调修和火焰调修是分别利用力和热对产品进行调修：机械调修是利用力使得产品发生塑性形变，使得平面度回到期望的数值，其缺陷是塑性材料发生塑性形变之前要经历一个阶段的弹性形变，这种方法无法判断产品的变形是在其哪个阶段，若变形发生在弹性形变阶段，则经过一段自然时效，其变形会产生回弹，即调修失效。
火焰调修是利用热胀冷缩的原理对产品进行火焰调修，其缺陷是经长时间灼烧铝合金表面会变蓝，故对产品表面要求是一个严峻的挑战。另外，现在所采用的火焰调修温度为150-200℃之间，若因为试图减小火焰烘烤时间而提高烘烤温度，则会使铝合金材料软化，降低其必要力学性能。同时，此两种调修方式的调修范围有限，此前用此两种方案调修效果最好状态就是调回到15mm的翘起角变形，此种要求无法达到汽车产品要求。
实施例
本实施例以新能源汽车电池托盘的底板拼接焊接为例，该底板由7块6063-T6铝合金型材拼接而成，总长约2.4m，宽度为1.7m，双面焊接，单面共6条焊道，单条焊道长度≥1.6m，共19.2m焊道，焊接量极大，因此焊后变形较大，单面翘曲角变形最低也达25mm，焊后经过机械调修和火焰调修相结合的方式翘曲角变形仍肉眼可见。同时，经氧乙炔火焰调修的产品表面出现了蓝色的痕迹，对表面质量有着消极的影响。
搅拌摩擦焊是一种压力焊，利用搅拌头对产品的压力、旋转产生的摩擦力以及摩擦力产生的热对两块板进行焊接的永久连接方法。而对产品有力和热的作用就会使得产品发生较大的翘曲角变形。因此，在焊接生产时应采用工装将产品压紧，施以约束，以减小焊接变形量。
新能源汽车电池托盘的底板为7块型材对接拼焊进行搅拌摩擦焊焊接，正反两面焊接故采用两套工装。因为焊接会使两侧翘起，所以焊接顺序均按照图中1-3-5-6-4-2的顺序进行焊接，以利用中间焊道的焊接对抗两侧焊道焊接时的翘起。
如图1～3所示的一种搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺，包括如下步骤：
A、预清洗：将待焊型材焊接接头的坡口面以及附近25mm范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇清洗待焊接型材表面油污；
B、去除氧化膜：将待焊型材焊接接头的坡口面以及附近25mm范围内采用钢丝碗刷去除待焊接型材表面的氧化膜，待焊型材表面氧化膜为Al2O3氧化膜，氧化膜的厚度范围为25～40μm；
C、终清洗：将待焊型材焊接接头的坡口面以及附近25mm范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇再次清洗待焊接型材表面的残余废屑；
D、装配组对：将若干个待焊型材拼接后利用夹紧工装并将待焊型材两端压紧并施加侧顶力，保证待焊型材焊缝间隙≤0.5mm，焊缝两侧待焊工件的错边量≤0.2mm；
E、正面焊接：将搅拌头上安装搅拌头针，搅拌头针长小于待焊型材接头厚度0.2～0.3mm，选取适当焊接工艺参数进行焊接，以确保型材表面成型良好，型材焊缝内部无孔洞隧道，待焊型材焊缝焊接时先焊接奇数焊缝再焊接偶数焊缝，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，搅拌头扎入后距离型材下底面的距离为0.2～0.3mm，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1400～1600mm/min，搅拌头前倾角为2.5°；
F、焊后调修：取下搅拌头针，利用无搅拌针的搅拌头对拼接型材焊接后的焊道进行类似搅拌摩擦焊的操作，使得平面度公差达到3mm以下，无搅拌针的搅拌头的转速为700～1200r/min，进给速度为1300～1800mm/min，无搅拌针的搅拌头的轴肩直径为18～22mm；
G、背面焊接调修：将焊接完成的型材翻转，使焊缝根部向上，并重复步骤D～F。
通过本发明所公开调修工艺调修后的新能源汽车电池托盘的底板调修效果较好，产品目视基本平整，最大凸起处平面度公差约为3mm，此处为调修后翘起最大的位置，经测量约为3mm翘起角变形。
对比例1
将正面焊接和背面焊接后的新能源汽车电池托盘的底板采用如图4所示传统机械调修法进行调修，传统机械调修法是利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑形变形，使两者相互抵消。
传统机械调修除了采用压力机或千斤顶外，还可用锤击法来延展焊缝及其周围压缩塑形变形区域的金属，达到消除焊接变形的目的。这种方法通常用于矫正不太厚的板材结构。
对比例2
将正面焊接和背面焊接后的新能源汽车电池托盘的底板采用传统火焰加热调修法进行调修，是利用火焰局部加热时产生压缩塑形变形，使较长的金属在冷却后收缩，来达到矫正变形的目的。
根据变形情况，通常对于厚度较大部件火焰温度采用150～200℃，对于薄板火焰温度采用100～150℃，具体可根据部件结构适当调整。准备好烤枪及测温仪后，一人操作烤枪进行加热；用蓝火尖均匀对焊缝进行加热；加热速度为50～90cm/min；加热温度不能超过200℃；另一人进行实时测温并观察加热区域周围金属变化。
火焰加热位置根据产品的具体变形情况而定，分别有以下四种情况：
1、单体结构横向角变形(如图5所示)；
2、单体结构横向对接变形(如图6所示)；
3、单体结构纵向角变形(如图7所示)；
4、薄板结构波浪变形采取“点加热”的加热方式(如图8所示)。
通过实施例1和实施例2调修工艺调修后的新能源汽车电池托盘的底板调修效果不佳，产品目视不平整，产品表面出现了蓝色的痕迹，经测量约为15～20mm翘起角变形。
采用本发明所公开的搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺，通过无搅拌针搅拌头对凸起面进行单面的“类搅拌摩擦焊”操作，更均匀地将力和热的作用施加在产品上，与之前搅拌摩擦焊的变形用同样的方式施加一个“反变形”，达到调修的效果。同时，采用“类搅拌摩擦焊”操作，对搅拌摩擦焊后的残余应力也是一种针对性的柔性对抗(采用机械或火焰调修是利用敲击或灼烧对产品焊接残余应力进行无规则对抗)，更好地消除了焊接残余应力，因此能达到更好的调修效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A、预清洗：将待焊型材焊接接头的坡口面以及附近25mm范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇清洗待焊接型材表面油污；
B、去除氧化膜：将待焊型材焊接接头的坡口面以及附近25mm范围内采用钢丝碗刷去除待焊接型材表面的氧化膜；
C、终清洗：将待焊型材焊接接头的坡口面以及附近25mm范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇再次清洗待焊接型材表面的残余废屑；
D、装配组对：将若干个待焊型材拼接后利用夹紧工装并将待焊型材两端压紧并施加侧顶力，保证待焊型材焊缝间隙≤0.5mm，焊缝两侧待焊工件的错边量≤0.2mm；
E、正面焊接：将搅拌头上安装搅拌头针，搅拌头针长小于待焊型材接头厚度0.2～0.3mm，选取适当焊接工艺参数进行焊接，以确保型材表面成型良好，型材焊缝内部无孔洞隧道；
F、焊后调修：取下搅拌头针，利用无搅拌针的搅拌头对拼接型材焊接后的焊道进行类似搅拌摩擦焊的操作，使得平面度公差达到3mm以下；
G、背面焊接调修：将焊接完成的型材翻转，使焊缝根部向上，并重复步骤D～F。
2.如权利要求1所述搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺，其特征在于，步骤B中待焊型材表面氧化膜为Al2O3氧化膜，氧化膜的厚度范围为25～40μm。
3.如权利要求1所述搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺，其特征在于，步骤E中待焊型材焊缝焊接时先焊接奇数焊缝再焊接偶数焊缝。
4.如权利要求1所述搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺，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，搅拌头扎入后距离型材下底面的距离为0.2～0.3mm。
5.如权利要求4所述搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺，其特征在于，步骤E中焊接工艺为：焊接压力为17～19KN，搅拌头的转速为1500～1700r/min，搅拌头的进给速度为1400～1600mm/min，搅拌头前倾角为2.5°。
6.如权利要求5所述搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺，其特征在于，步骤F无搅拌针的搅拌头的转速为700～1200r/min，进给速度为1300～1800mm/min。
7.如权利要求6所述搅拌摩擦焊焊后变形的调修工艺，其特征在于，步骤F无搅拌针的搅拌头的轴肩直径为18～22mm。
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