CN113927150A - 中间填丝式负压入量低作用力搅拌摩擦焊接方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种负压入量低作用力薄板搅拌摩擦填丝焊接方法，包括送丝机构、搅拌工具、丝材及成形件，送丝机构至少包括送进轮组、丝材导向筒，所述搅拌工具至少包括散热翅片、轴肩、空心搅拌针、摩擦内颈。焊接时，所述搅拌工具高速旋转并沿焊缝方向前进，搅拌针部分插入待焊接件，轴肩平面与待焊工件间隔一定间隙，丝材送进轮组将丝材沿静止的导向筒送入，在搅拌工具的摩擦内颈部位，丝材与高速旋转的搅拌工具在巨大的送进压力下摩擦生热，进而塑化，沿空心搅拌针挤出进入轴肩平面与待焊工件间隙，与待焊工件的塑化材料融合形成焊缝。本发明解决传统搅拌焊接薄板作用力大易变形问题，提高焊接薄壁铝合金的焊缝质量和焊接过程稳定性。
Description
技术领域
本发明属于固相焊接技术领域，具体涉及一种负压入量低作用力搅拌摩擦填丝焊接方法及其设备。
背景技术
首先，传统搅拌摩擦焊接通过搅拌头与被焊材料之间的摩擦剪切阻力产生摩擦热，使搅拌头邻近区域的材料受热软化从而热塑化，在搅拌头机械搅拌及轴肩锻造作用下实现工件固相连接，通常需要较大的轴向锻压力作用，因此薄板搅拌焊易造成待焊件卷曲变形。再者，搅拌焊接过程中的70～80％的摩擦热产生于旋转轴肩与试板表面的摩擦界面，搅拌针产生20～30％的焊接热量，试板表面的热输入巨大，在不均匀的温度场作用下易造成薄板翘曲变形，而且其中大部分热量作为无效能量对周围材料的组织产生负面影响并造成接头表面组织及性能退化严重。最后，薄板搅拌焊接对减薄量控制要求严格，减薄量过小易造成未焊透，过大会导致焊穿，因此搅拌工具下压量控制难度较大。
综上所述，对于薄板搅拌摩擦焊，应当尽量降低机械负载作用，减少焊接区域的热输入，从而避免待焊工件的严重变形，甚至局部失稳，同时要控制减薄量，实现无减薄量焊接。因此，亟需开发一种针对超薄构件固相连接的低作用力无减薄量搅拌摩擦焊接方法。
发明内容
本发明解决了传统搅拌焊接薄板作用力大易变形问题，并实现无减薄量搅拌摩擦焊，提高焊接薄壁铝合金的焊缝质量和焊接过程稳定性。
本发明提供一种负压入量低作用力搅拌摩擦填丝焊接方法及其设备，技术方案如下：
一种负压入量低作用力搅拌摩擦填丝焊接方法，焊接时搅拌工具高速旋转并沿焊缝方向前进，所述搅拌针部分插入待焊接件，轴肩平面与待焊工件留有一定间隙，所述丝材送进轮组将丝材沿静止的导向筒送入，在搅拌工具的摩擦内径部位，所述丝材与高速旋转的搅拌工具在巨大的送进压力下摩擦生热，进而塑化，沿空心搅拌针挤出进入轴肩平面与待焊工件间隙，与待焊工件的塑化材料融合进行焊接。
进一步地，其特征在于，所述丝材和待焊工件为镁合金或铝合金，所述待焊工件为0.5mm～1mm的薄壁金属。
进一步地，所述焊接工具旋转速度范围为8000～20000rpm。
进一步地，所述搅拌针长度0.5mm～1mm，轴肩与待焊工件表面间隙为0.2～0.4mm。
进一步地，所述丝材沿导向筒送进，在摩擦内颈部位与搅拌工具摩擦生热进而塑化，塑化金属在挤压力作用下经空心搅拌针进入焊缝。
本发明还提供了一种负压入量低作用力搅拌摩擦填丝焊接设备，包括送丝机构、搅拌工具。
所述送丝机构至少包括送进轮组、丝材导向筒，送进轮组位于丝材导向筒顶部，依靠挤压力和摩擦力将丝材送进丝材导向筒，所述搅拌工具设有适合丝材导向筒插入的空腔，丝材导向筒底部与焊接工具通过轴承连接，与摩擦内径同轴，所述搅拌工具至少包括散热翅片、轴肩、空心搅拌针、摩擦内颈，散热翅片位于搅拌工具外侧，轴肩位于搅拌工具低侧，空心搅拌针位于轴肩中心位置，摩擦内颈位于搅拌工具内侧，邻近轴肩。。
进一步地，所述散热翅片在焊接时采用压缩空气冷却或水雾冷却。
进一步地，所述丝材导向筒在焊接过程中不旋转，所述搅拌工具在焊接过程中高速旋转。
进一步地，所述搅拌工具采用高熔点、耐磨材料制造，所述高熔点、耐磨材料至少包括钨、钼及其合金、热作模具钢其中的一种。
与现有技术相比，本发明采用负压入量工艺，降低了轴肩对待焊工件表面锻压作用，从而降低机械作用力；焊接热输入主要通过丝材与搅拌工具内颈摩擦以及搅拌针对母材局部区域搅拌作用产生，从而减小了薄板焊缝上表面区域的热输入，减小变形；填料焊接过程，焊缝无减薄，甚至可以形成加厚的搅拌摩擦焊缝，特别适合于微小构件、薄壁铝合金、镁合金等材料的高质量该可靠性连接。该方法使得超薄壁构件搅拌摩擦焊成为可能，具有重要的工程应用价值。
附图说明
图1为本发明一种负压入量低作用力搅拌摩擦填丝焊接方法及其设备的示意图；
图中：1为送丝机构的送进轮组，2为送丝机构的丝材导向筒，3为丝材，4为散热翅片，5为搅拌工具摩擦内颈，6为轴肩，7为焊缝，8为待焊工件，9为焊接接头，10为空心搅拌针。
图2为本发明所述的搅拌工具示意图；
图中：4为散热翅片，5为搅拌工具摩擦内颈，6为轴肩，10为空心搅拌针。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种负压入量低作用力搅拌摩擦填丝焊接方法及其设备，本发明关键在于采用了将丝材同轴送进搅拌工具内部，利用摩擦生热进而塑化，作为填料进行搅拌焊的思路，所述送丝机构至少包括送进轮组、丝材导向筒，所述搅拌工具至少包括散热翅片、轴肩、空心搅拌针、摩擦内颈。焊接时，所述搅拌工具高速旋转并沿焊缝方向前进，所述搅拌针部分插入待焊接件，轴肩平面与待焊工件留有一定间隙，所述丝材送进轮组将丝材沿静止的导向筒送入，在搅拌工具的摩擦内径部位，所述丝材与高速旋转的搅拌工具在巨大的送进压力下摩擦生热，进而塑化，沿空心搅拌针挤出进入轴肩平面与待焊工件间隙，与待焊工件的塑化材料融合形成焊缝。
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
实施例一：
如图1和图2所示，一种负压入量低作用力搅拌摩擦填丝焊接方法及其设备，包括送丝机构、搅拌工具、丝材及成形件，所述送丝机构至少包括送进轮组1、丝材导向筒2，所述搅拌工具至少包括散热翅片4、轴肩6、空心搅拌针10、摩擦内颈5。本实施例中，所述丝材3为Φ1mm铝合金，丝材送进速度为0.5mm/s，所述搅拌工具摩擦内颈5入口Φ1mm，出口Φ0.5mm，所述待焊工件为1mm厚度铝板，所述搅拌针10长度为1mm，插入待焊工件8深度为0.9mm，轴肩6与待焊工件8上表面间隙为0.1mm，搅拌工具转速为10000～20000rpm，焊接速度为3mm/s，所述散热翅片在焊接时采用水雾冷却，搅拌工具采用钨合金制作。焊接时，所述搅拌工具高速旋转并沿焊缝方向前进，所述搅拌针10部分插入待焊工件8，轴肩6平面与待焊工件8留有0.1mm间隙，所述丝材送进轮组1将丝材3沿静止的丝材导向筒2送入，在搅拌工具的摩擦内颈5部位，所述丝材3与高速旋转的搅拌工具在巨大的送进压力下摩擦生热，进而塑化，沿空心搅拌针10挤出进入轴肩6平面与待焊工件8间隙，在焊接接头9位置与待焊工件8的塑化材料融合形成焊缝7。
实施例二：
如图1和图2所示，一种负压入量低作用力搅拌摩擦填丝焊接方法及其设备，包括送丝机构、搅拌工具、丝材及成形件，所述送丝机构至少包括送进轮组1、丝材导向筒2，所述搅拌工具至少包括散热翅片4、轴肩6、空心搅拌针10、摩擦内颈5。本实施例中，所述丝材3为Φ0.8mm镁合金，丝材送进速度为1mm/s，所述搅拌工具摩擦内颈5入口Φ0.8mm，出口Φ0.4mm，所述待焊工件为0.8mm厚度镁合金板，所述搅拌针10长度为0.8mm，插入待焊工件8深度为0.7mm，轴肩6与待焊工件8上表面间隙为0.1mm，搅拌工具转速为8000～10000rpm，焊接速度为2mm/s，所述散热翅片在焊接时采用压缩空气冷却冷却，搅拌工具采用热作模具钢H13制作。焊接时，所述搅拌工具高速旋转并沿焊缝方向前进，所述搅拌针10部分插入待焊工件8，轴肩6平面与待焊工件8留有0.1mm间隙，所述丝材送进轮组1将丝材3沿静止的丝材导向筒2送入，在搅拌工具的摩擦内颈5部位，所述丝材3与高速旋转的搅拌工具在巨大的送进压力下摩擦生热，进而塑化，沿空心搅拌针10挤出进入轴肩6平面与待焊工件8间隙，与待焊工件8的塑化材料融合形成焊缝9。
需要说明的是，上文只是对本发明进行示意性说明和阐述，本领域的技术人员应当明白，对本发明的任意修改和替换都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种中间填丝式负压入量低作用力搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，所述搅拌摩擦焊接方法包括以下步骤：搅拌工具旋转并沿焊缝方向前进，搅拌针插入待焊工件，轴肩平面与待焊工件之间留有间隙，送丝机构的送进轮组将丝材沿静止的丝材导向筒送入，在搅拌工具的摩擦内径部位，丝材与旋转的搅拌工具在送进压力下摩擦生热，进而塑化，沿空心搅拌针挤出进入轴肩平面与待焊工件间隙，与待焊工件的塑化材料融合进行焊接。
2.如权利要求1所述的一种中间填丝式负压入量低作用力搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，所述待焊工件为0.5mm～1mm的薄壁金属。
3.如权利要求2所述的一种中间填丝式负压入量低作用力搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，所述丝材和待焊工件为镁合金或者铝合金。
4.如权利要求3所述的一种中间填丝式负压入量低作用力搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，所述搅拌工具旋转速度范围为8000～20000rpm。
5.如权利要求4所述的一种中间填丝式负压入量低作用力搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，所述空心搅拌针长度为0.5mm～1mm，轴肩平面与待焊工件之间间隙为0.2～0.4mm。
6.一种中间填丝式负压入量低作用力搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，所述搅拌摩擦焊接设备包括送丝机构和搅拌工具；
所述送丝机构包括送进轮组和丝材导向筒；送进轮组位于丝材导向筒顶部，依靠挤压力和摩擦力将丝材送进丝材导向筒，丝材导向筒位于搅拌工具内部；
所述搅拌工具设有适合丝材导向筒插入的空腔，丝材导向筒底部与搅拌工具通过轴承连接；所述搅拌工具包括散热翅片、轴肩、空心搅拌针、摩擦内颈，散热翅片位于搅拌工具外侧，轴肩位于搅拌工具低侧，空心搅拌针位于轴肩中心位置，摩擦内颈位于搅拌工具内侧，邻近轴肩。
7.如权利要求6所述的一种中间填丝式负压入量低作用力搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，所述散热翅片在焊接时采用压缩空气冷却或者水雾冷却。
8.如权利要求7所述的一种中间填丝式负压入量低作用力搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，所述丝材导向筒在焊接过程中不旋转，所述搅拌工具在焊接过程中高速旋转。
9.如权利要求8所述的一种中间填丝式负压入量低作用力搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，所述搅拌工具采用高熔点、耐磨材料制造，所述高熔点、耐磨材料包括钨、钼及其合金、热作模具钢其中的一种及以上。
10.如权利要求8所述的一种中间填丝式负压入量低作用力搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，所述搅拌工具旋转速度范围为8000～20000rpm。
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