CN110576254B - 一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法，该方法包括如下步骤：1)搅拌头相对工件焊接面法线倾斜插入加工余量层；2)将位于加工余量层中的搅拌头端部在加工余量层中推移至匙孔位置；3)搅拌头回正，其轴心与匙孔中心重合；4)抬起搅拌头，匙孔填补结束。该填补方法利用了搅拌头在工件中旋转时摩擦热可软化工件材料的特性，通过旋转搅拌头的运动将工件表面的软化加工余量材料迁移至匙孔处，经过旋转头的组合运动将软化的材料填补匙孔。

Description

一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法

技术领域

本发明涉及一种匙孔的填补方法，具体为一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法，属于搅拌摩擦焊技术领域。

背景技术

所谓搅拌摩擦焊是指利用高速旋转的焊具与工件摩擦产生的热量使被焊材料局部塑性化，当焊具沿着焊接界面向前移动时，被塑性化的材料在焊具的转动摩擦力作用下由焊具的前部流向后部，并在焊具的挤压下形成致密的固相焊缝。具体而言，搅拌摩擦焊焊接过程是由一个搅拌针(带螺纹圆柱体或其他形状)深入工件的接缝处，通过搅拌头的高速旋转，使其与工件材料发生摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦，进而完成焊接。

由于搅拌头前端安装有搅拌针，焊接结束后，搅拌头抬起会在焊缝终端处留下匙孔。一般而言，焊缝分为两种：一种是非闭环焊缝，常规做法是延长焊接长度，将匙孔引入焊接件有效区域以外，焊接完成后将匙孔直接切除；另外一是闭环型焊缝(焊缝首尾相接称之为闭环)，焊接完成后，匙孔通常会留在有效焊缝位置，进而导致匙孔所处位置的焊缝焊接强度会明显降低。

为了保证焊接强度，需要对闭环型匙孔进行填补。现有技术中，对于此类匙孔的填补主要采用搅拌针回抽技术完成对匙孔的填补，其方法是焊接完成后搅拌头不从焊缝中取出，而是继续前进，同时将搅拌针缓慢地从焊缝中抽出，直至搅拌针完成从焊缝中抽出，最终整个搅拌头脱离焊缝，形成无匙孔焊接。如公开号为CN107855639A的专利，消除无匙孔搅拌摩擦点焊环凹槽的方法，便是基于此原理形成的技术方案。此外，国标(GB/T34630.1-2017)中，也有详细介绍回抽式焊接方法及焊头结构。

然而，采用搅拌针回抽式搅拌头焊接用以消除焊接匙孔，会存在至少三点明显缺陷：

1)在闭环型焊缝焊接时，焊接完成后搅拌针会在已焊接好的焊缝位置继续前进，在前进过程中将搅拌针缓慢提取出，会对已经焊接好的焊缝二次焊接，使得焊缝中存在缺陷的风险增大；

2)搅拌针在缓慢提取出的过程必须十分缓慢，同时搅拌头前进速度和搅拌速度配合须十分精准，否则会在焊缝区域产生隧道孔洞，工艺难度很大。

3)由于搅拌针是缓慢提取出来，要求提取搅拌针时的焊接距离较长、耗时较长。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法，包括旋转的搅拌头、工件表面的加工余量层、工件、工件待填补的匙孔；所述方法包括如下步骤：

1)搅拌头相对工件焊接面法线倾斜插入加工余量层；

2)将位于加工余量层中的搅拌头端部在加工余量层中推移至匙孔位置；

3)搅拌头回正，其轴心与匙孔中心重合；

4)抬起搅拌头，匙孔填补结束。

优选地，所述步骤1)中：搅拌头轴线与工件焊接面法向线所成角度为a，其中角度a不大于20度。

优选地，所述步骤2)中，所述推移过程中，即旋转的搅拌头在工件的加工余量层中运动至匙孔位置的过程中，位于搅拌头前部的余量材料因摩擦生热而软化，软化的余量材料在搅拌头的下压和前移作用下进入搅拌头头部容腔内。

优选地，所述步骤2)中，旋转的搅拌头水平运动至匙孔位置处，搅拌头头部容腔内及搅拌头头部外前侧软化的余量材料在搅拌头的运动下推入匙孔内。

优选地，若匙孔的体积大于搅拌头头部容腔的容积，旋转的搅拌头回正，其轴心与匙孔中心重合时，旋转的搅拌头内部的柱塞头运动，将搅拌头头部容腔内软化的余量材料压入匙孔内。

一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法的搅拌头，所述搅拌头包括搅拌头体，所述搅拌头体上端安装有柱塞头端盖，所述搅拌头体内部安装有柱塞头，所述搅拌头体下端设有头部容腔。

进一步，还包括连接螺栓，所述柱塞头端盖通过连接螺栓与柱塞头连接。

本发明的有益效果是：1)本发明的方法基于搅拌摩擦焊焊接后的工件表面质量差，焊接工件均会留有一定切削加工余量的工艺特点，利用了搅拌头在工件中旋转时摩擦热可软化工件材料的特性，通过搅拌头的运动将工件表面的软化加工余量材料迁移至匙孔处，经过搅拌头的组合运动将软化的材料填补匙孔，仅仅利用焊接后的工件表面的加工余量材料对匙孔进行填补，不引入外来材料；

2)本发明的方法没有对工件进行二次焊接，其加工过程仅仅在加工余量层上进行，不破坏原焊缝的力学性能和晶体结构，同时匙孔的填补材料同母材一样，搅拌的加工参数基本一致，保证了整个焊缝力学特性的一致性；

3)避免了搅拌针的提取过程，不需要再对焊接速度、搅拌针及其相匹配的搅拌头做精确的运动控制，简化了加工过程中的系统控制，降低了工艺要求；

4)由于匙孔小，所需材料余量不多，搅拌头只需运动较短距离便可将搅拌头头部空腔填满熔融材料，时间短，效率高。

附图说明

图1为本发明实施例匙孔填补方法的流程图；

图2为本发明实施例匙孔填补方法的示意图；

图3为发明搅拌头的结构示意图；

图中：1、工件，2、加工余量层，3、匙孔，4、搅拌头体，5、柱塞头，6、头部容腔，7、柱塞头端盖，8、连接螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1和图2所示：一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法，所述方法包括如下步骤：

第一：旋转的搅拌头以一定角度倾斜插入工件1的加工余量层2。搅拌头轴线与工件焊接面法向线所成角度为a，其中，角度a不大于20度。

第二：旋转的搅拌头在工件的加工余量层中运动至匙孔3位置。旋转的搅拌头在工件的加工余量层中运动至匙孔位置的过程中，在工件的加工余量层旋转的搅拌头其前部因摩擦热使余量材料软化，软化的余量材料在搅拌头的下压和前移作用下进入搅拌头头部容腔内。

旋转的搅拌头水平运动至匙孔位置处，搅拌头头部容腔内及搅拌头头部外前进侧软化的余量材料在搅拌头的运动下被推入匙孔内。

第三：旋转的搅拌头回正，其轴心与匙孔中心重合。搅拌头头部软化的余量材料在搅拌头回正过程中进一步被压入匙孔内。

需要注意的是：若匙孔的体积不小于搅拌头头部容腔的容积，旋转的搅拌头回正，其轴心与匙孔中心重合时，旋转的搅拌头内部的柱塞头运动，将搅拌头头部容腔内软化的余量材料压入匙孔内；若匙孔的体积小于搅拌头头部容腔的容积，则可不用柱塞头压入。

第五：抬起搅拌头，匙孔填补结束。

如图3所示，一种搅拌头，从上至下依次包括柱塞头端盖7、连接螺栓8、柱塞头5、搅拌头体4和头部容腔5。其中，所述搅拌头体4上端安装有柱塞头端盖7，所述搅拌头体4内部安装有柱塞头5，所述搅拌头体4下端设有头部容腔6；所述柱塞头端盖7通过连接螺栓8与柱塞头5连接。

工作原理：由于工件焊接后会进行机加工，从而使得焊接工件的最终尺寸达到所需设计要求，因此工件在焊接时都会留有一定的机加工余量。本方法充分利用了工件本体的上加工余量作为匙孔的填补材料，通过使用专用搅拌头将工件表层的加工余量材料软化熔融，并使软化的余量材料进入搅拌头头部容腔内，同时移动搅拌头至匙孔位置，通过搅拌头的运动将空腔中及搅拌头前进侧的软化材料注入匙孔中，实现对匙孔的填补。

实施例一：

本实施例应用于利用搅拌摩擦焊焊接的铝合金汽车轮毂焊接匙孔的填补。

该轮毂利用搅拌摩擦焊将轮辐和轮毂焊接在一起，焊接后机加工的加工余量层单边3mm，焊缝为环形闭合焊缝，焊头脱离焊缝时在焊缝上留下一个8.5mm深的焊接匙孔。针对该匙孔，旋转的搅拌头以倾角3度斜插入轮毂的加工余量层中，搅拌头旋转速度1600r/min、移动速度200mm/min、搅拌头移动距离60mm。旋转的搅拌头在轮毂的加工余量层中运动至匙孔位置的过程中，位于搅拌头前部的余量材料因摩擦热而软化，软化的余量材料在搅拌头的下压和前移作用下进入搅拌头头部容腔内；同时，旋转的搅拌头水平运动至匙孔位置处，搅拌头头部前进侧软化的余量材料在搅拌头的运动下被推入匙孔内。由于匙孔体积大于搅拌头头部的容腔，匙孔填补过程中搅拌头的柱塞头向下移动将头部的容腔材料进一步注入匙孔中。

使用该方法对该型轮毂焊接匙孔进行填补，表面没有匙孔痕迹，经射线检测未发现未焊透显示，剖开焊缝进行检测，匙孔处未发现孔洞。

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 (8)

1.一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法，包括旋转的搅拌头、工件表面的加工余量层、工件、工件上待填补的匙孔，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)搅拌头相对工件焊接面法线倾斜插入加工余量层；

2)将位于加工余量层中的搅拌头端部在加工余量层中推移至匙孔位置；

3)搅拌头回正，其轴心与匙孔中心重合；

4)抬起搅拌头，匙孔填补结束。

2.根据权利要求1所述的一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法，其特征在于，所述步骤1)中：倾斜角度为a，其中角度a不大于20度。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述推移过程中，位于搅拌头前部的余量材料因摩擦热而软化，软化的余量材料在搅拌头的下压和前移作用下进入搅拌头头部容腔内。

4.根据权利要求3所述的一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法，其特征在于，所述步骤2)中，搅拌头水平运动至匙孔位置处，搅拌头头部容腔内及搅拌头头部前进侧软化的余量材料在搅拌头的运动下被推入匙孔内。

5.根据权利要求2所述的一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法，其特征在于：若匙孔的体积大于搅拌头头部容腔的容积，搅拌头回正，其轴心与匙孔中心重合时，搅拌头内部的柱塞头运动，将搅拌头头部容腔内软化的余量材料压入匙孔内。

6.一种基于权利要求1至权利要求5任一项所述一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法的搅拌头，其特征在于：包括搅拌头体(4)，所述搅拌头体(4)下端设有头部容腔(6)。

7.根据权利要求6所述的一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法的搅拌头，其特征在于：所述搅拌头体(4)内部安装有柱塞头(5)。

8.根据权利要求7所述的一种利用搅拌摩擦填补焊接匙孔的方法的搅拌头，其特征在于：还包括柱塞头端盖(7)和连接螺栓(8)，所述柱塞头端盖(7)通过连接螺栓(8)与柱塞头(5)连接。

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