CN113441831A - 一种双轴肩搅拌摩擦焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双轴肩搅拌摩擦焊接方法，主要包括将下轴肩和旋杆运动至起焊点，下轴肩的上端面紧贴在被焊材料的背部，将上轴肩和搅拌针一起运动至起焊点的上方，按设定的转速旋转并靠近被焊材料的上表面，其中搅拌针旋转扎入到被焊材料内部，且全部扎穿所述被焊材料，开始焊接至作业完成后，进入到回抽作业阶段，其旋杆和搅拌针相同的运动速度抽离下轴肩的内孔，直至旋杆的上端面和下轴肩的上端面平齐，搅拌针继续以设定的线速度向上运动，旋杆、下轴肩减速旋转，搅拌针和上轴肩继续前进的同时，搅拌针继续以向上运动，实现回抽运动，直至搅拌针全部回抽至上轴肩内，从而实现双轴肩搅拌摩擦焊接过程中的搅拌针回抽，焊后可实现无匙孔。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体为一种双轴肩搅拌摩擦焊接方法。
背景技术
搅拌摩擦焊，是英国焊接研究所(TWI)在1991年发明的一种革命性的固态连接技术，焊接过程中，被焊材料在搅拌头的旋转摩擦产热作用下发生塑化，并在搅拌头的挤压、带动作用下形成致密的焊缝。
双轴肩搅拌摩擦焊是在搅拌摩擦焊的基础上发展起来的新的连接技术，焊接过程中下轴肩的自支撑作用，使得焊接过程中不再需要背部支撑，突破了搅拌摩擦焊的结构形式限制，并且焊缝不存在背部未焊透的问题，上下轴肩的产热变形相互抵消，也降低了焊后构件的变形。
但双轴肩搅拌摩擦焊后匙孔问题难以解决，特别是在焊接封闭结构，比如环缝结构时，往往需要熔化焊对匙孔进行封闭处理，这限制了双轴肩搅拌摩擦焊技术在环缝结构的应用。
现有的一些焊接结束后，采取了将下轴肩取下，然后搅拌针从上轴肩回抽的方式，该方式虽然可以解决双轴肩焊接过程中的回抽问题，但是在焊接结束，回抽开始前需要将焊接过程停止，在搅拌工具静止的条件下，才能将下轴肩取下，然后从静止启动到达一定的转速和焊速后，开启回抽作业。在搅拌工具停止然后再启动的这些区域，焊缝的连接质量难以保证，极易产生焊接缺陷，严重的会导致整条焊缝报废，而且将下轴肩取下后，还需要附加垫板才能使焊接继续进行，这不利于自动化生产的进行。总之，生产节奏的中断将对产品质量和生产效率带来十分不利的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双轴肩搅拌摩擦焊接方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双轴肩搅拌摩擦焊接方法，包括以下步骤：
S1将下轴肩和旋杆运动至起焊点，所述下轴肩的上端面紧贴在被焊材料的背部；
S2所述旋杆插入到所述下轴肩的孔内直至所述旋杆的上端面和所述下轴肩的上端面之间的距离为l旋-下；
S3按照所述被焊材料的厚度h板厚，调节上轴肩和搅拌针的相对位置，使所述搅拌针伸出所述上轴肩下端面的长度为所述h板厚+所述l深度，其中所述l深度为所述搅拌针插入到所述下轴肩内的深度；
S4将所述上轴肩和所述搅拌针一起运动至起所述焊点的上方，按设定的转速旋转并靠近所述被焊材料的上表面，其中所述搅拌针旋转扎入到所述被焊材料内部，且全部扎穿所述被焊材料，并且插入到所述下轴肩内所述l深度；
S5开始焊接至作业完成后，进入到回抽作业阶段，其中所述上轴肩、所述搅拌针、所述下轴肩和所述旋杆组成的搅拌工具继续以设定的旋转速度旋转运动，同时按照预先设定的运动轨迹运动，并且所述旋杆和所述搅拌针相同的运动速度抽离所述下轴肩的内孔，直至所述旋杆的上端面和所述下轴肩的上端面平齐；
S6所述搅拌针继续以设定的线速度向上运动，所述旋杆、所述下轴肩减速旋转，直至旋转速度为0，此时所述旋杆和所述下轴肩上端面平齐，且和所述被焊材料的下表面紧密贴合，其作为垫板使用，并和所述上轴肩及所述搅拌针以相同的速度向前运动；
S7所述搅拌针和所述上轴肩继续前进的同时，所述搅拌针继续以设定的速度向上运动，实现回抽运动，直至所述搅拌针全部回抽至所述上轴肩内，所述搅拌针和所述上轴肩一起拨出，此时，所述下轴肩、所述旋杆也脱离所述被焊材料的背部，至此焊接和回抽阶段全部完成。
进一步地，所述l深度等于所述l旋-下。
进一步地，所述上轴肩在外加动力的驱动下可沿着预先设定的转速旋转运动，其中所述上轴肩的内部加工有第一通孔，所述第一通孔用于安装所述搅拌针。
进一步地，所述搅拌针的上部设置在所述上轴肩的所述第一通孔内，所述搅拌针的下部穿过所述被焊材料，并且保持所述搅拌针的下端面和所述被焊材料的背部平齐。
进一步地，所述下轴肩的轴心处加工第二通孔，所述第二通孔用于安装轴套，其中所述下轴肩和所述轴套相对的发生上下运动。
进一步地，所述旋杆的尺寸和所述搅拌针等同，所述旋杆的下端面和所述搅拌针的下端面在加工时保持接触，其中所述旋杆按照设定的转速沿着自身的轴心旋转，或和所述上轴肩、所述搅拌针及所述下轴肩按照设定的轨迹运动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过下轴肩，旋杆和搅拌针的组合运动，可以实现双轴肩搅拌摩擦焊接过程中的搅拌针回抽，焊后可实现无匙孔；
(2)该方法能够有效应对待加工结构为封闭结构的形式，封闭结构的起始扎入和推出难以从侧面进行，该方法从正上方进入和推出有效的解决了这个问题，从而有效提高作业效率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
实施例1：
本发明提供一种技术方案：一种双轴肩搅拌摩擦焊接方法，包括以下步骤：
步骤1-将下轴肩和旋杆运动至起焊点，所述下轴肩的上端面紧贴在被焊材料的背部；
步骤2-所述旋杆插入到所述下轴肩的孔内直至所述旋杆的上端面和所述下轴肩的上端面之间的距离为l旋-下，其中所述l旋-下为0.3mm；
步骤3-按照所述被焊材料的厚度h板厚，调节上轴肩和搅拌针的相对位置，使所述搅拌针伸出所述上轴肩下端面的长度为所述h板厚+l深度，其中所述l深度为所述搅拌针插入到所述下轴肩内的深度，并且所述l深度等于所述l旋-下，优选的所述搅拌针伸出所述上轴肩的长度为所述被焊材料厚度；
步骤4-将所述上轴肩和所述搅拌针一起运动至起所述焊点的上方，按设定的转速旋转并靠近所述被焊材料的上表面，其中所述搅拌针旋转扎入到所述被焊材料内部，且全部扎穿所述被焊材料，这里需要说明的是，起始位置的扎入方式，从待焊接试样的正上方扎入，并且插入到所述下轴肩内所述l深度，需要注意的是，优选的上轴肩和下轴肩扎入到被焊材料的深度为0mm，这是为了获得致密的焊接组织，防止焊接缺陷产生；
步骤5-开始焊接前上轴肩、搅拌针下轴肩和旋杆整体以相同的转速在原地旋转2-5s软化待焊金属，然后开始焊接至作业完成后，进入到回抽作业阶段，其中所述上轴肩、所述搅拌针、所述下轴肩和所述旋杆组成的搅拌工具继续以设定的旋转速度旋转运动，同时按照预先设定的运动轨迹运动，并且所述旋杆和所述搅拌针相同的运动速度抽离所述下轴肩的内孔，直至所述旋杆的上端面和所述下轴肩的上端面平齐；
步骤6-所述搅拌针继续以设定的线速度向上运动，所述旋杆、所述下轴肩减速旋转，直至旋转速度为0，此时所述旋杆和所述下轴肩上端面平齐，且和所述被焊材料的下表面紧密贴合，其作为垫板使用，并和所述上轴肩及所述搅拌针以相同的速度向前运动；
步骤7-所述搅拌针和所述上轴肩继续前进的同时，所述搅拌针继续以设定的速度向上运动，实现回抽运动，直至所述搅拌针全部回抽至所述上轴肩内，所述搅拌针和所述上轴肩一起拨出，此时，所述下轴肩、所述旋杆也脱离所述被焊材料的背部，至此焊接和回抽阶段全部完成。
其中可选的，上轴肩在外加动力的驱动下可沿着预先设定的转速旋转运动，其中所述上轴肩的内部加工有第一通孔，所述第一通孔用于安装所述搅拌针，所述搅拌针的下部穿过所述被焊材料，并且保持所述搅拌针的下端面和所述被焊材料的背部平齐。
进一步的，下轴肩的轴心处加工第二通孔，所述第二通孔用于安装轴套，其中所述下轴肩和所述轴套相对的发生上下运动，所述旋杆的尺寸和所述搅拌针等同，所述旋杆的下端面和所述搅拌针的下端面在加工时保持接触，其中所述旋杆按照设定的转速沿着自身的轴心旋转。
进一步的，上轴肩和下轴肩的尺寸相同。
实施例2：
本发明提供一种技术方案：一种双轴肩搅拌摩擦焊接方法，包括以下步骤：
步骤1-将下轴肩和旋杆运动至起焊点，所述下轴肩的上端面紧贴在被焊材料的背部；
步骤2-所述旋杆插入到所述下轴肩的孔内直至所述旋杆的上端面和所述下轴肩的上端面之间的距离为l旋-下，其中所述l旋-下为0.6mm；这里需要进一步的说明的是其l旋-下可选范围为0.3-0.6mm之间。
步骤3-按照所述被焊材料的厚度h板厚，调节上轴肩和搅拌针的相对位置，使所述搅拌针伸出所述上轴肩下端面的长度为所述h板厚+l深度，其中所述l深度为所述搅拌针插入到所述下轴肩内的深度，并且所述l深度等于所述l旋-下，优选的所述搅拌针伸出所述上轴肩的长度为所述被焊材料厚度；
步骤4-将所述上轴肩和所述搅拌针一起运动至起所述焊点的上方，按设定的转速旋转并靠近所述被焊材料的上表面，其中所述搅拌针旋转扎入到所述被焊材料内部，且全部扎穿所述被焊材料，这里需要说明的是，起始位置的扎入方式，从待焊接试样的正上方扎入，并且插入到所述下轴肩内所述l深度，需要注意的是，优选的上轴肩和下轴肩扎入到被焊材料的深度为0.1mm，这是为了获得致密的焊接组织，防止焊接缺陷产生；
步骤5-开始焊接前上轴肩、搅拌针下轴肩和旋杆整体以相同的转速在原地旋转2-5s软化待焊金属，然后开始焊接至作业完成后，进入到回抽作业阶段，其中所述上轴肩、所述搅拌针、所述下轴肩和所述旋杆组成的搅拌工具继续以设定的旋转速度旋转运动，同时按照预先设定的运动轨迹运动，并且所述旋杆和所述搅拌针相同的运动速度抽离所述下轴肩的内孔，直至所述旋杆的上端面和所述下轴肩的上端面平齐；
步骤6-所述搅拌针继续以设定的线速度向上运动，所述旋杆、所述下轴肩减速旋转，直至旋转速度为0，此时所述旋杆和所述下轴肩上端面平齐，且和所述被焊材料的下表面紧密贴合，其作为垫板使用，并和所述上轴肩及所述搅拌针以相同的速度向前运动；
步骤7-所述搅拌针和所述上轴肩继续前进的同时，所述搅拌针继续以设定的速度向上运动，实现回抽运动，直至所述搅拌针全部回抽至所述上轴肩内，所述搅拌针和所述上轴肩一起拨出，此时，所述下轴肩、所述旋杆也脱离所述被焊材料的背部，至此焊接和回抽阶段全部完成。
其中根据本发明的实施例，整个焊接装置以相同的旋转速度向前移动，完成被焊材料的焊接，焊接完成后，整个焊接装置整体继续按照原定的旋转速度向前移动，进入回抽作业阶段。
并且根据本发明的实施例，进入回抽作业阶段后，旋杆以和搅拌针以0.3m/min-3m/min的速度向上运动，抽离下轴肩的内孔，直至其上端面和搅拌针的下端面紧密贴合。
进一步的，回抽作业阶段，搅拌针以0.3m/min-3m/min的速度继续向上运动至上轴肩的内孔中，直至其下端面和上轴肩的下端面紧密贴合，随后两者离开待焊材料，实现双轴肩搅拌摩擦焊接及回抽的整个加工过程，从而实现双轴肩搅拌摩擦焊接过程中的搅拌针回抽，焊后可实现无匙孔，并且整个操作过程全自动化，不需要人工的干预，不需要生产节奏的中断，回抽过程不需要外加垫板，保证了焊接质量和生产效率。
进一步的，上轴肩和下轴肩的尺寸不相同。
进一步的，下轴肩的轴心处加工第二通孔，所述第二通孔用于安装轴套，其中所述下轴肩和所述轴套相对的发生上下运动，所述旋杆的尺寸和所述搅拌针等同，所述旋杆的下端面和所述搅拌针的下端面在加工时保持接触，所述上轴肩、所述搅拌针及所述下轴肩按照设定的轨迹运动。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种双轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1将下轴肩和旋杆运动至起焊点，所述下轴肩的上端面紧贴在被焊材料的背部；
S2所述旋杆插入到所述下轴肩的孔内直至所述旋杆的上端面和所述下轴肩的上端面之间的距离为l旋-下；
S3按照所述被焊材料的厚度h板厚，调节上轴肩和搅拌针的相对位置，使所述搅拌针伸出所述上轴肩下端面的长度为所述h板厚+l深度，其中所述l深度为所述搅拌针插入到所述下轴肩内的深度；
S4将所述上轴肩和所述搅拌针一起运动至起所述焊点的上方，按设定的转速旋转并靠近所述被焊材料的上表面，其中所述搅拌针旋转扎入到所述被焊材料内部，且全部扎穿所述被焊材料，并且插入到所述下轴肩内所述l深度；
S5开始焊接至作业完成后，进入到回抽作业阶段，其中所述上轴肩、所述搅拌针、所述下轴肩和所述旋杆组成的搅拌工具继续以设定的旋转速度旋转运动，同时按照预先设定的运动轨迹运动，并且所述旋杆和所述搅拌针相同的运动速度抽离所述下轴肩的内孔，直至所述旋杆的上端面和所述下轴肩的上端面平齐；
S6所述搅拌针继续以设定的线速度向上运动，所述旋杆、所述下轴肩减速旋转，直至旋转速度为0，此时所述旋杆和所述下轴肩上端面平齐，且和所述被焊材料的下表面紧密贴合，其作为垫板使用，并和所述上轴肩及所述搅拌针以相同的速度向前运动；
S7所述搅拌针和所述上轴肩继续前进的同时，所述搅拌针继续以设定的速度向上运动，实现回抽运动，直至所述搅拌针全部回抽至所述上轴肩内，所述搅拌针和所述上轴肩一起拨出，此时，所述下轴肩、所述旋杆也脱离所述被焊材料的背部，至此焊接和回抽阶段全部完成。
2.根据权利要求1所述的一种双轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述l深度等于所述l旋-下。
3.根据权利要求1所述的一种双轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述上轴肩在外加动力的驱动下可沿着预先设定的转速旋转运动，其中所述上轴肩的内部加工有第一通孔，所述第一通孔用于安装所述搅拌针。
4.根据权利要求3所述的一种双轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述搅拌针的上部设置在所述上轴肩的所述第一通孔内，所述搅拌针的下部穿过所述被焊材料，并且保持所述搅拌针的下端面和所述被焊材料的背部平齐。
5.根据权利要求1所述的一种双轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述下轴肩的轴心处加工第二通孔，所述第二通孔用于安装轴套，其中所述下轴肩和所述轴套相对的发生上下运动。
6.根据权利要求1所述的一种双轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述旋杆的尺寸和所述搅拌针等同，所述旋杆的下端面和所述搅拌针的下端面在加工时保持接触，其中所述旋杆按照设定的转速沿着自身的轴心旋转，或和所述上轴肩、所述搅拌针及所述下轴肩按照设定的轨迹运动。
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