CN112404695A - 一种引出板搅拌摩擦焊接中缺陷消除的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及搅拌摩擦焊接领域，更具体的说是一种引出板搅拌摩擦焊接中缺陷消除的方法。选择和焊接板材同质的材料作为引出板；焊缝进行连接，在焊接起始阶段，将搅拌头扎下后，停留一段时间，从而增加材料的塑形流动能力，便于接头成形；当搅拌头到达引出板界面时，试件的对接面已完成连接，此时界面处会存在裂纹缺陷，后退侧缺陷出现在加工试件内；调整焊接方向，使得搅拌头沿着引出板和母材的对接界面进行焊接，向后退侧方向进行焊接，消除界面缺陷；由于焊接中主轴存在一定的倾角，沿着引出板和母材的界面进行焊接过程中，第二段焊缝的末端和第三段焊缝的起始位置不会出现缺陷。最终实现引出板与母材连接界面无缺陷焊接。

Description

一种引出板搅拌摩擦焊接中缺陷消除的方法
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊接领域，更具体的说是一种引出板搅拌摩擦焊接中缺陷消除的方法。
背景技术
搅拌摩擦焊接作为一种固相连接技术，具有焊接温度低、接头变形小以及焊接过程绿色无污染的特点，已经广泛的用于航空航天、轨道交通以及船舶等制造领域。搅拌摩擦焊接通过搅拌头对材料的搅拌与摩擦作用实现连接。然而，在焊缝末端，由于搅拌针回抽会在焊缝末端留下匙孔缺陷，匙孔的存在会严重降低接头的承载能力，在交变载荷作用下容易发生断裂。目前，针对避免匙孔的问题，学者提出多种方式。目前采用较多的方式为匙孔的修复，修复匙孔的过程是预先在匙孔内部填料或使用可消耗的搅拌针，为了使填充材料与母材之间具有较好的连接效果，通常需要较大的焊接热输入。然而，较大的热输入会严重软化匙孔周围材料，降低接头的承载能力。采用引出板的方式，将匙孔引出零件以外的位置可以达到较好的效果，且焊缝位置材料不会受到反复热输入的作用。然而，由于引出板与零件之间存在垂直于焊缝方向的界面，焊缝位置材料在搅拌头作用下会发生迁移，使得连接界面会产生缺陷，在机械加工去除引出板时，会对原始焊缝产生一定的破坏。中国发明专利CN201610945925.2采用多个搅拌头多次焊接的方式实现引出界面裂纹缺陷的消除。然而，多次焊接中会增加热输入，进而降低接头的力学性能。
目前，中国发明专利采用多道焊接，多个搅拌头的方式进行，频繁的更换搅拌头不利于增加生产效率，且多次焊接增加焊缝道数，反复的热输入会增加接头的软化程度，进而降低接头的力学性能。采用修复的方式对匙孔进行填充会对焊缝产生二次热输入，会严重软化接头材料，降低接头质量。
采用引出板材消除匙孔的方式，在垂直于焊缝方向的母材与引出板连接界面处会因为界面的迁移产生缺陷，并且在机械加工去除引出板过程中，引出界面处的裂纹缺陷会使得焊缝末端产生一定的缺陷。
发明内容
本发明提供一种引出板搅拌摩擦焊接中缺陷消除的方法，其有益效果为本发明可以将匙孔引出母材。
本发明涉及搅拌摩擦焊接领域，更具体的说是一种引出板搅拌摩擦焊接中缺陷消除的方法，包括以下步骤：
步骤一：选择和焊接板材同质的材料作为引出板，通过机械加工的方式将引出板和试件相连接的表面进行处理，去掉连接界面的氧化层，并保证连接界面相互接触；
步骤二：通过夹具将引出板和待焊接试件固定于工作台上，从而保证引出板和待加工试件之间的精度；其中引出板位于待焊试件末端；
步骤三：在焊接起始阶段，将搅拌头扎下后，停留一段时间，从而增加材料的塑形流动能力，便于接头成形；
步骤四：当搅拌头到达引出板界面时，试件的对接面已完成连接，此时界面处会存在裂纹缺陷，前进侧缺陷出现在引出板上，后退侧缺陷出现在加工试件内；
步骤五：调整焊接方向，使得搅拌头沿着引出板和母材的对接界面进行焊接，向后退侧方向进行焊接，使搅拌针对试板内裂纹缺陷进行加工，在搅拌针的搅拌作用下，材料发生剧烈混合，裂纹缺消失；
步骤六：由于焊接中主轴存在一定的倾角，沿着引出板和母材的界面进行焊接，在第二段焊缝末端不会出现裂纹缺陷；再次改变焊接方向，焊接方向和第一段焊接方向相同；
步骤七：焊接结束后，使搅拌头停止的旋转和行进，待试板冷却后，卸下夹具，取出试件；
步骤八：通过机械加工的方式，去除引出板部分的材料，得到无匙孔接头。
优选地，所述第二段焊缝方向垂直于第一道焊缝，并向第一段焊缝后退侧方向进行焊接，然后使得第三段焊缝方向平行于第一道焊缝，将匙孔引出母材。
优选地，所述第二焊缝的长度为5～20mm，避免过多的热输入影响接头质量。
优选地，采用熔化焊的方式，在引出板两端和待加工试件进行连接，防止焊接中因为变形导致的连接质量变差。
本发明一种引出板搅拌摩擦焊接中缺陷消除的方法的有益效果为：
1、通过引出板可以消除匙孔缺陷；
2、通过改变焊接路径，消除前进侧影响机械加工的裂纹缺陷，使得焊后母材中不存在裂纹缺陷，避免后期机械加工造成母材中缺材料的问题；
3、不需要更换搅拌头即可实现引出板界面缺陷的消除；
4、一道焊缝即可实现界面裂纹缺陷的消除。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
图1为常规引出板焊接中出现的裂纹缺陷的示意图；
图2为改变末端焊接路径后消除引出板缺陷的示意图。
图中：1-第一道焊缝；2-第二段焊缝；3-第三段焊缝；4-第二段焊缝末端；5-第一道焊缝末端；6-搅拌针所在位置。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
具体实施方式一：
下面结合图1-2说明本实施方式，本发明涉及搅拌摩擦焊接领域，更具体的说是一种引出板搅拌摩擦焊接中缺陷消除的方法，包括以下步骤：
步骤一：选择和焊接板材同质的材料作为引出板，通过机械加工的方式将引出板和试件相连接的表面进行处理，去掉连接界面的氧化层，并保证连接相互接触；
对引出板和母材的连接界面进行机械加工，去掉母材表面的氧化层，使界面紧密配合；
步骤二：通过夹具将引出板和待焊接试件固定于工作台上，从而保证引出板和待加工试件之间的精度；其中引出板位于待焊试件末端；
步骤三：焊缝进行连接，在焊接起始阶段，将搅拌头扎下后，停留一段时间，从而增加材料的塑形流动能力，便于接头成形；
步骤四：当搅拌头到达引出板界面时，试件的对接面已完成连接，此时界面处会存在裂纹缺陷，前进侧缺陷出现在引出板上，后退侧缺陷出现在加工试件内；
步骤五：调整焊接方向，使得搅拌头沿着引出板和母材的对接界面进行焊接，向后退侧方向进行焊接，使搅拌针对试板内裂纹缺陷进行加工，在搅拌针的搅拌作用下，材料发生剧烈混合，裂纹缺消失；
步骤六：由于焊接中主轴存在一定的倾角，沿着引出板和母材的界面进行焊接，在第二段焊缝的末端不会出现裂纹缺陷；改变焊接方向，焊接方向和第一道焊接方向相同；
将母材进行焊接，焊接到母材对接面末端时，改变焊接方向，垂直于第一段焊缝，沿第一段焊缝后退侧进行焊接。对第一段界面裂纹进行搅拌摩擦加工。焊接一段距离后，改变焊接方向，平行于第一段焊缝，可以将匙孔引出母材。
步骤七：焊接结束后，使搅拌头停止的旋转和行进，待试板冷却后，卸下夹具，取出试件；
步骤八：通过机械加工的方式，去除引出板部分的材料，得到无匙孔接头。通过机械加工的方式，可以去掉引出板多余的材料。
具体实施方式二：
下面结合图1-2说明本实施方式，所述第二道焊缝的长度为5mm，避免过多的热输入影响接头质量。采用熔化焊的方式，在引出板两端和待加工试件进行连接，防止焊接中因为变形导致来连接质量变差。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种引出板搅拌摩擦焊接中缺陷消除的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：选择和焊接板材同质的材料作为引出板，通过机械加工的方式将引出板和试件相连接的表面进行处理，去掉连接界面的氧化层，并保证连接界面相互接触；
步骤二：通过夹具将引出板和待焊接试件固定于工作台上；从而保证引出板和待加工试件之间的精度；其中引出板位于待焊试件末端；
步骤三：在焊接起始阶段，将搅拌头扎下后，停留一段时间，从而增加材料的塑形流动能力，便于接头成形；
步骤四：当搅拌头到达引出板界面时，试件的对接面已完成连接，此时界面处会存在裂纹缺陷，前进侧缺陷出现在引出板上，后退侧缺陷出现在加工试件内；
步骤五：调整焊接方向，使得搅拌头沿着引出板和母材的对接界面进行焊接，向后退侧方向进行焊接，使搅拌针对试板内裂纹缺陷进行加工，在搅拌针的搅拌作用下，材料发生剧烈混合，裂纹缺消失；
步骤六：由于焊接中主轴存在一定的倾角，沿着引出板和母材的界面进行焊接，在第二段焊缝的末端不会出现裂纹缺陷；改变焊接方向，焊接方向和第一段焊接方向相同；
步骤七：焊接结束后，使搅拌头停止的旋转和行进，待试板冷却后，卸下夹具，取出试件；
步骤八：通过机械加工的方式，去除引出板部分的材料，得到无匙孔接头。
2.根据权利要求1所述的一种引出板搅拌摩擦焊接中缺陷消除的方法，其特征在于：所述第二段焊缝方向垂直于第一道焊缝，并向第一段焊缝后退侧方向进行焊接，然后使得第二段焊缝方向平行于第一段焊缝，将匙孔引出母材。
3.根据权利要求1或2所述的一种引出板搅拌摩擦焊接中缺陷消除的方法，其特征在于：所述第二段焊缝的长度为5～20mm，避免过多的热输入影响接头质量。
4.根据权利要求1所述的一种引出板搅拌摩擦焊接中缺陷消除的方法，其特征在于：采用熔化焊的方式，在引出板两端和待加工试件进行连接。
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