CN110732770A - 一种环形焊缝摩擦焊方法 - Google Patents

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Abstract

一种环形焊缝摩擦焊方法，摩擦头结构从下至上依次由夹持柄、轴肩、凸环组成，三者中心点在同一条直线上且三者成一体，摩擦头轴肩宽度为待焊工件板厚的2.5～3倍，凸环直径与待焊工件环形焊缝直径相同，凸环高度为工件厚度的1.2～1.5倍，凸环宽度为待焊工件板厚的1.2～1.5倍；将两待焊工件以对‑搭焊接接头形式组配到一起，在摩擦头中心与待焊工件环形焊缝中心吻合的前提下，设定摩擦头转速和下扎速度，启动焊接操作，当摩擦头轴肩与工件表面接触，并达到设定时间后，摩擦头旋转提升至工件表面上方，完成摩擦焊接，最终形成环状摩擦焊缝，解决了常规FSW搅拌头难以沿着环线焊缝运行的问题，实现了较小直径尺寸的环形焊缝焊接。

Description

一种环形焊缝摩擦焊方法
技术领域
本发明涉及一种环状焊缝摩擦焊用工具及方法，特别适用于小尺寸环状焊缝的摩擦焊接。
背景技术
搅拌摩擦焊（FSW）作为一种优势、高效、绿色环保焊接技术，从1991年英国焊接研究所发明至今，现已在航空航天、汽车电子、造船、轨道交通等领域得到了广泛应用，其中焊缝形式包括平直线和曲线。通常FSW焊接都是通过旋转搅拌头沿着焊缝轨迹前移，最终完成待焊工件之间的焊接。由此可见，环形焊缝能否采用FSW技术进行焊接，主要取决于搅拌头能否沿环形焊缝轨迹运行。通常情况下，当环形焊缝直径越大时，搅拌头运行方便，FSW焊接也较易实施；但当环形焊缝直径较小时，常规FSW搅拌头难以沿着环线焊缝运行时，则无法采用FSW方法进行焊接。
发明内容
本发明针对现有搅拌摩擦焊方法不适应小尺寸环状焊缝的摩擦焊接，提出一种能够实现小尺寸环状焊缝焊接的新型摩擦焊工具及方法。
为实现上述发明目的，本发明提供一种环形焊缝摩擦焊方法，其特征在于是通过以下步骤实现的：
步骤一、摩擦头结构形式确定：摩擦头从下至上依次由夹持柄、轴肩、凸环组成，三者成一体且三者的中心点在同一条直线上；
步骤二、摩擦头尺寸确定：根据待焊工件环形焊缝直径及待焊工件接头板厚确定摩擦头尺寸：轴肩宽度为待焊工件板厚的2.5～3倍，凸环直径与待焊工件环形焊缝直径相同，凸环高度为工件厚度的1.2～1.5倍，凸环宽度为待焊工件板厚的1.2～1.5倍;
步骤三、焊缝组配：将两待焊工件以对-搭焊接接头形式组配到一起，形成待焊环形焊缝；
步骤四、摩擦焊接：在摩擦头中心与待焊工件环形焊缝中心吻合的前提下，设定摩擦头转速和下扎速度，启动焊接操作，当摩擦头轴肩与工件表面接触，并达到设定时间后，摩擦头旋转提升至工件表面上方，完成摩擦焊接，最终形成环状摩擦焊缝。
所述的摩擦头转速1000-1500转/分钟，下扎速度20-30毫米/分钟。
所述的摩擦头转速1000转/分钟，下扎速度25毫米/分钟。
所述的摩擦头的轴肩采用内凹结构，内凹倾角θ控制在8～12°范围内，用于凸环下扎过程中能够包拢向上挤压出的金属，避免向四周飞出。
所述的摩擦头的凸环采用梯形截面，更有利于下扎。
本发明技术方案相对于背景技术产生的积极效果如下：
本发明方法中所使用的摩擦头由夹持柄、轴肩、凸环组成，三者中心点在同一条直线上且成一体，并且根据待焊工件环形焊缝直径及待焊工件接头板厚确定摩擦头凸环直径、凸环高度、凸环宽度以及轴肩宽度。由于摩擦头凸环直径与焊缝直径相同，因此，启动焊接操作时，设备机头带动摩擦头转动即可，不受环形焊缝过小尺寸影响，不需要像传统的搅拌摩擦焊那样，通过机头带动搅拌头旋转，然后搅拌头沿着环形焊缝轨迹行进实现焊接。本发明根据待焊环形焊缝直径尺寸进行环形摩擦焊用摩擦头的选配，进而实现小尺寸环形焊缝的摩擦焊接，从而解决因环形焊缝直径过小而无法进行摩擦焊接的难题。
附图说明
图1是环形焊缝摩擦焊用摩擦头示意图；
图2是环形焊缝摩擦焊用摩擦头剖视图；
图3是环形焊缝焊前俯视图；
图4是环形焊缝焊前组配剖视图；
图5是环形焊缝摩擦焊后剖视图；
图6是环形焊缝摩擦焊用摩擦头内凹轴肩局部放大图；
图7是环形焊缝摩擦焊用摩擦头梯形截面凸环局部放大图；
图8是管类工件环形焊缝焊前组配剖视图；
图9是管类工件环形焊缝摩擦焊后剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
结合图1、图2、图3、图4和图5说明本发明具体实施方式。
步骤一、摩擦头结构形式确定：摩擦头从下至上依次由夹持柄1、轴肩2、凸环3组成，三者中心点在同一条直线上且三者成一体。其中凸环3截面为矩形，轴肩2为平面；
步骤二、摩擦头尺寸确定：根据待焊工件4和待焊工件5组成的环线焊缝6的直径D，确定凸环3的中心直径d，要求d=D；根据待焊工件5的厚度t确定凸环3的高度h，要求h=1.2～1.5t；根据待焊工件5的厚度t确定凸环3的宽度w，要求w=1.2～1.5t；根据待焊工件5的厚度t确定轴肩2的宽度W，要求W=2.5～3.0t；
步骤三、焊缝组配：已对-搭接头形式进行待焊工件4和待焊工件5的组配，形成待焊环形焊缝6；
步骤四、摩擦焊接：首先保证凸环3中心与待焊环形焊缝6中心对准，设定摩擦头1000rpm/min转速和25mm/min下扎速度，启动焊接操作，当轴肩2接触到环线待焊焊缝6表面后，在保持摩擦头旋转速度及扎入深度保持不变的前提下停留0.5-1s，之后保持摩擦头旋转速度情况下使其提升至待焊工件4、待焊工件5表面上方，完成摩擦焊接，最终形成环状摩擦焊缝7。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于，轴肩2采用图6所示的内凹结构，内凹倾角θ控制在8～12°范围内。凸环下扎过程中能够包拢向上挤压出的金属，以免向四周飞出。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于，凸环3采用图7所示的梯形截面，相对矩形截面，更有利于下扎。
实施例4
本实施例与实施例1不同之处在于，轴肩2采用图6所示的内凹结构，内凹倾角θ控制在8～12°范围内；凸环3采用图7所示的梯形截面。
实施例5
本实施例结合图8和图9说明，本实施例与实施例1不同之处在于，待焊工件5为管状工件。

Claims (6)

1.一种环形焊缝摩擦焊方法，其特征在于是通过以下步骤实现的：
步骤一、摩擦头结构形式确定：摩擦头从下至上依次由夹持柄、轴肩、凸环组成，三者成一体且三者的中心点在同一条直线上；
步骤二、摩擦头尺寸确定：根据待焊工件环形焊缝直径及待焊工件接头板厚确定摩擦头尺寸：轴肩宽度为待焊工件板厚的2.5～3倍，凸环直径与待焊工件环形焊缝直径相同，凸环高度为工件厚度的1.2～1.5倍，凸环宽度为待焊工件板厚的1.2～1.5倍;
步骤三、焊缝组配：将两待焊工件以对-搭焊接接头形式组配到一起，形成待焊环形焊缝；
步骤四、摩擦焊接：在摩擦头中心与待焊工件环形焊缝中心吻合的前提下，设定摩擦头转速和下扎速度，启动焊接操作，当摩擦头轴肩与工件表面接触，并达到设定时间后，摩擦头旋转提升至工件表面上方，完成摩擦焊接，最终形成环状摩擦焊缝。
2.根据权利要求1所述的一种环形焊缝摩擦焊方法，其特征在于：所述的摩擦头转速1000-1500转/分钟，下扎速度20-30毫米/分钟。
3.根据权利要求1所述的一种环形焊缝摩擦焊方法，其特征在于：所述的摩擦头转速1000转/分钟，下扎速度25毫米/分钟。
4.根据权利要求1所述的一种环形焊缝摩擦焊方法，其特征在于：所述的摩擦头的轴肩采用内凹结构，内凹倾角θ控制在8～12°范围内，用于凸环下扎过程中能够包拢向上挤压出的金属，避免向四周飞出。
5.根据权利要求1所述的一种环形焊缝摩擦焊方法，其特征在于：所述的摩擦头的凸环采用梯形截面，更有利于下扎。
6.根据权利要求4所述的一种环形焊缝摩擦焊方法，其特征在于：所述的摩擦头的凸环采用梯形截面，用于顺利下扎。
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