CN112719566A - 一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法;包括有以下步骤:S1、对两片式轮毂的表面进行有效的清理;S2、将两片式轮毂分别进行固定安装;S3、对两片式轮毂进行第一道焊接;S4、重复焊接过程中缓慢抽针,轴向压力降低10%,以降低热输入,减小飞边;S5、在降压的同时,抽针速度工艺窗口为25‑30mm/min;本发明针对两片式铝合金轮毂搅拌摩擦焊接回抽针工艺,在回抽针过程中通过改变轴向压力及搅拌针回抽速度减轻金属流紊乱及热输入,以提高焊核区致密度,控制再结晶晶粒尺寸,从而提高轮毂疲劳性能。
Description
技术领域
本申请属于汽车制备技术领域,尤其是涉及一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法。
背景技术
搅拌摩擦焊接技术是上世纪90年代在英国焊接技术研究所(TWI)诞生的固相连接技术,其焊接过程无弧光、烟尘,无需气体保护和金属填充,是一种典型的新型绿色焊接技术。与传统熔焊方法相比,其焊缝具有接头强度高,不易产生热裂纹、气孔等缺陷,焊接变形小、残余应力低等优点。特别是该技术在针对铝合金焊接时表现出的独到优势,使得其在航空航天、汽车、船舶、轨道交通车辆等领域的各类铝合金结构件制造方面得到了广泛地应用。但是在工程化的应用过程当中,焊接缺陷的出现是不可避免的,且具有一定的随机性,而因关键部位的单个缺陷导致整个零部件报废往往会造成巨大的损失。因此,工业界对搅拌摩擦焊接的缺陷修补问题进行了专项和广泛的研究。
汽车轻量化可以为社会带来巨大的经济和环保效益,已成为世界汽车行业的主要发展方向,其中铝合金轮毂已在汽车行业中得到广泛应用,其优点包括重量轻、强度高。轮毂作为运动部件,其质量对汽车转动惯量的影响更大,使用两片式中空轮毂不仅可以减轻重量而且起到降噪效果大大提高汽车舒适性。一般搅拌摩擦焊接在焊接结束后会留下匙孔,该匙孔会导致工件疲劳性能大大降低;而可回抽式搅拌摩擦焊接可消除匙孔,但是回抽针过程因金属流动紊乱和二次升温导致下再结晶晶粒长大导致接头疲劳性能相比一道焊较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:通过可回抽式搅拌摩擦焊解决焊接结束后留下的匙孔,但回抽针阶段会导致工件疲劳性能相比一道焊较低,从而提供一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,包括有以下步骤:
S1、对两片式轮毂的表面进行有效的清理,将两片式轮毂上的灰尘、毛刺、油污和不平整性进行处理,保持两片轮毂的待焊区域干净、有金属光泽且无异物;
S2、将两片式轮毂分别进行固定;
S3、在将两片式轮毂进行相对搅拌针定位完成之后,对两片式轮毂进行第一道焊接;
S4、重复焊接过程中缓慢抽针,该阶段搅拌针转速和前进速度与第一道焊接保持一致;轴向压力降低10%,以减小飞边;
S5、在降压的同时,抽针速度工艺窗口为25-30mm/min,此参数焊接直至抽针完成,得到无匙孔环形焊缝。
优选地,本发明的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,所述S1中的灰尘和油污通过油污清洁剂进行有效的清洗,且在使用油污清洁剂清洗过之后对两片式轮滚的焊接部位进行烘干,且烘干温度保持在40-50℃,烘干时长为10-30min。
优选地,本发明的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,所述S1中的毛刺和不平整性通过打磨装置进行处理,且打磨装置在使用的时候先选用600目的砂纸进行打磨,且打磨装置的转速为1000r/min。
优选地,本发明的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,所述毛刺和不平整性要在灰尘和油污去除之前进行处理,这样可以在清除灰尘和油污的时候实现对打磨过后的焊接部进行清洗。
优选地,本发明的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,所述S2中的两片轮毂之间的缝隙应小于0.25mm,且两片轮毂在进行固定夹持的时候,保持相对水平固定。
优选地,本发明的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,所述S3中的第一次焊接过程如下:
S31:通过施压结构,在摩擦焊接部位进行施加一恒定的压力,使得焊接结构在摩擦焊接的过程中能够紧密的贴合:
S32:通过动力结构,用一个特殊形状的搅拌头(由搅拌针和轴肩组成)旋转插入工件的焊缝处,沿待焊界面移动,焊头高速旋转,在搅拌针与工件摩擦的作用下,利用摩擦热作为焊接热源,使连接部位温度升高软化,进而实现材料焊接。
优选地,本发明的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,所述S31中的施压结构在进行施压的时候,所述施压结构在摩擦搅拌焊接行走状态的时候施加的压力大小是1kN-5kN。
优选地,本发明的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,所述S4中的搅拌摩擦焊接的前进速度、旋转速度、轴向压力具有相关关系。为得到性质相近的无缺陷焊缝,需搭配合适的焊接参数,所述的前进速度为80°/min-120°/min,旋转速度为1500rpm-2000rpm,轴向压力为2.25kN-3.5kN。由于影响焊缝质量的参数为线速度,因此焊接不同尺寸的轮毂时需采用同等线速度下的前进速度,即尺寸越大的轮毂,其他参数不变时前进速度应越小。
优选地,本发明的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,所述S4中的两片式轮毂结构在焊缝处完成第一道焊接,且再重复焊接过程中的抽针阶段保持转速、前进速度不变,通过降低搅拌头轴向压力改善金属流动,减小飞边。
优选地,本发明的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,所述S5在焊接完成之后,对两片式轮毂的焊缝区域进行抛光打磨处理,去除鱼鳞纹,使焊缝区域光滑洁净。
本发明的有益效果是:
本发明针对两片式铝合金轮毂搅拌摩擦焊接回抽针工艺,在回抽针过程中通过改变轴向压力及搅拌针回抽速度减轻金属流紊乱,减少热输入,以提高焊核区致密度,减小再结晶晶粒尺寸,从而提高轮毂疲劳性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是本申请实施例的步骤流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中,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申请和简化描述,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申请保护范围的限制。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。在本发明创造的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例
本实施例提供一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,如图1所示,包括有以下步骤:
S1、对两片式轮毂的表面进行有效的清理,将两片式轮毂上的灰尘、毛刺、油污和不平整性进行处理,保持两片轮毂的待焊区域干净、有金属光泽且无异物;
S2、将两片式轮毂分别进行固定;
S3、在将两片式轮毂进行相对搅拌针定位完成之后,对两片式轮毂进行第一道焊接;
S4、重复焊接过程中缓慢抽针,该阶段搅拌针转速和前进速度与第一道焊接保持一致;轴向压力降低10%,降低热输入,减小飞边;
S5、在降压的同时,抽针速度工艺窗口为25-30mm/min,此参数焊接直至抽针完成,得到无匙孔环形焊缝。
为了使得两片式轮毂在进行摩擦焊接的时候,能够减少外部因素的影响,所述S1中的灰尘和油污通过油污清洁剂进行有效的清洗,且在使用油污清洁剂清洗过之后对两片式轮滚的焊接部位进行烘干,且烘干温度保持在40-50℃,烘干时长为10-30min。
为了使得两片式轮毂在进行摩擦焊接的时候,不会因为毛刺和不平整影响摩擦和焊接情况,所述S1中的毛刺和不平整性通过打磨装置进行处理,且打磨装置在使用的时候先选用600目的砂纸进行打磨,且打磨装置的转速为1000r/min。
为了使得两片式轮毂在进行去毛刺和修整不平整性之后,能够对两片式轮毂的端部进行清理,所述毛刺和不平整性要在灰尘和油污去除之前进行处理,这样可以在清除灰尘和油污的时候实现对打磨过后的焊接部进行清洗。
为了实现对焊接材料的填充,并且为了便于进行焊接,所述S2中的两片轮毂之间的缝隙应小于0.25mm,且两片轮毂在进行固定夹持的时候,保持相对水平固定。
为了实现对两片式轮毂进行焊接,所述S3中的第一次焊接过程如下:
S31:通过施压结构,在摩擦焊接部位进行施加一恒定的压力,使得焊接结构在摩擦焊接的过程中能够紧密的贴合:
S32:通过动力结构,用一个特殊形状的搅拌头(由搅拌针和轴肩组成)旋转插入工件的焊缝处,沿待焊界面移动,焊头高速旋转,在搅拌针与工件摩擦的作用下,利用摩擦热作为焊接热源,使连接部位温度升高软化,进而实现材料焊接。
进一步的,所述S31中的施压结构在进行施压的时候,所述施压结构在摩擦搅拌焊接行走状态的时候施加的压力大小是1kN-5kN。
为了实现对前进速度进行控制调节,所述S4中的搅拌摩擦焊接的前进速度、旋转速度、轴向压力具有相关关系。为得到性质相近的无缺陷焊缝,需搭配合适的焊接参数,所述的前进速度为80°/min-120°/min,旋转速度为1500rpm-2000rpm,轴向压力为2.25kN-3.5kN。由于影响焊缝质量的参数为线速度,因此焊接不同尺寸的轮毂时需采用同等线速度下的前进速度,即尺寸越大的轮毂,其他参数不变时前进速度应越小。
为了实现对两片式轮毂进行减少飞边,所述S4中的两片式轮毂结构在焊缝处完成第一道焊接,且再重复焊接过程中的抽针阶段保持转速、前进速度不变,通过降低搅拌头轴向压力改善金属流动,减小飞边。
为了去除两片式轮毂焊接部位的飞边,所述S5在焊接完成之后,对两片式轮毂的焊缝区域进行抛光打磨处理,去除鱼鳞纹,使焊缝区域光滑洁净。
操作流程:
第一步、对两片式轮毂的表面进行有效的清理,将两片式轮毂上的灰尘、毛刺、油污和不平整性进行处理,保持两片轮毂的待焊区域干净、有金属光泽且无异物;
第二步、将两片式轮毂分别进行固定;
第三步、在将两片式轮毂进行相对搅拌针定位完成之后,对两片式轮毂进行第一道焊接;
第四步、重复焊接过程中缓慢抽针,该阶段搅拌针转速和前进速度与第一道焊接保持一致;轴向压力降低10%,以降低热输入,减小飞边;
第五步、在降压的同时,抽针速度工艺窗口为25-30mm/min,此参数焊接直至抽针完成,得到无匙孔环形焊缝。
以上述依据本申请的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,其特征在于,包括有以下步骤:
S1、对两片式轮毂的表面进行有效的清理,将两片式轮毂上的灰尘、毛刺、油污和不平整性进行处理,保持两片轮毂的待焊区域干净、有金属光泽且无异物;
S2、将两片式轮毂分别进行固定;
S3、在将两片式轮毂进行相对搅拌针定位完成之后,对两片式轮毂进行第一道焊接;
S4、重复焊接过程中缓慢抽针,该阶段搅拌针转速和前进速度与第一道焊接保持一致;轴向压力降低10%,以降低热输入,减小飞边;
S5、在降压的同时,抽针速度工艺窗口为25-30mm/min,此参数焊接直至抽针完成,得到无匙孔环形焊缝。
2.根据权利要求1所述的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,其特征在于,所述S1中的灰尘和油污通过油污清洁剂进行有效的清洗,且在使用油污清洁剂清洗过之后对两片式轮滚的焊接部位进行烘干,且烘干温度保持在40-50℃,烘干时长为10-30min。
3.根据权利要求1所述的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,其特征在于,所述S1中的毛刺和不平整性通过打磨装置进行处理,且打磨装置在使用的时候先选用600目的砂纸进行打磨,且打磨装置的转速为1000r/min。
4.根据权利要求2-3任一项所述的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,其特征在于,所述毛刺和不平整性要在灰尘和油污去除之前进行处理,这样可以在清除灰尘和油污的时候实现对打磨过后的焊接部进行清洗。
5.根据权利要求1所述的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,其特征在于,所述S2中的两片轮毂之间的预留缝隙小于0.25mm,且两片轮毂在进行固定夹持的时候,保持相对水平固定。
6.根据权利要求1所述的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,其特征在于,所述S3中的第一次焊接过程如下:
S31:通过施压结构,在摩擦焊接部位进行施加一恒定的压力,使得焊接结构在摩擦焊接的过程中能够紧密的贴合:
S32:通过动力结构,用一个特殊形状的搅拌头旋转插入工件的焊缝处,沿待焊界面移动,焊头高速旋转,在搅拌针与工件摩擦的作用下,利用摩擦热作为焊接热源,使连接部位温度升高软化,进而实现材料焊接。
7.根据权利要求6所述的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,其特征在于,所述S31中的施压结构在进行施压的时候,所述施压结构在摩擦搅拌焊接行走状态的时候施加的压力大小是1kN-5kN。
8.根据权利要求1所述的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,其特征在于,所述S4中的搅拌摩擦焊接的前进速度、旋转速度、轴向压力具有相关关系,轮毂的尺寸越大,其他参数不变时前进速度应越小;所述的前进速度为80°/min-120°/min,旋转速度为1500rpm-2000rpm,轴向压力为2.25kN-3.5kN。
9.根据权利要求1所述的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,其特征在于,所述S4中的两片式轮毂结构在焊缝处完成第一道焊接,且再重复焊接过程中的抽针阶段保持转速、前进速度不变,通过降低搅拌头轴向压力改善金属流动,降低热输入,减小飞边。
10.根据权利要求1所述的一种提高可回抽式搅拌摩擦焊接接头性能的工艺方法,其特征在于,所述S5在焊接完成之后,对两片式轮毂的焊缝区域进行抛光打磨处理,去除鱼鳞纹,使焊缝区域光滑洁净。
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