CN114309917A - 一种同种/异种材料对接搅拌摩擦焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同种/异种材料对接搅拌摩擦焊方法，包括以下步骤：步骤一：将第一板材和第二板材加工成需要的规格；步骤二：将第一板材和第二板材均沿一侧边缘铣削出相同的有楔角α的台阶结构；步骤三：将第一板材和第二板材按照楔角和台阶上下交错对接放置在工作台上，并用夹具夹紧；步骤四：启动搅拌头，开始对被焊板材一面的对接区域进行焊接；步骤五：焊接冷却后将被焊板材翻转，启动搅拌头，开始对被焊板材另一面的对接区域进行焊接；本发明通过将被焊板材边缘铣削处带有楔角的台阶结构，加工楔角对接后双面焊接，将搅拌头的搅拌针深入被焊板材下，避免了根部未焊透，被焊板材变形大的问题，方法简单，成本低。

Description

一种同种/异种材料对接搅拌摩擦焊方法

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊焊接领域，具体涉及一种同种/异种材料对接搅拌摩擦焊方法。

背景技术

随着航空航天、汽车船舶等领域的快速发展，对于结构设计的要求日益增加。同种或异种材料的连接，其结构可以满足不同情况下对于材料的要求。因此，同种或者异种材料的连接受到了各行各业的广泛关注。然而在实际应用工况下，同种或异种材料的连接因受外界或自身物理或化学性质的差异导致焊接性能较差，传统的焊接方法较难实现材料的优质焊接。而搅拌摩擦焊接技术作为新的固相连接技术，在同种或异种材料连接中发挥着巨大优势。

在铝合金与铝合金、铝合金与聚合物同种和异种材料的搅拌摩擦焊中，存在着许多急需解决的问题。例如：搅拌头磨损、焊缝表面成形质量差、焊缝表面出现飞边、隧道等缺陷。目前，同种或异种材料对接搅拌摩擦焊时常沿着对接缝处进行焊接，因此同种材料焊接后常会出现飞边、隧道状缺陷；而异种材料焊接后会出现焊接材料粘连搅拌头，促使焊缝表面成形质量差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的同种或异种材料焊接过程中根部未焊合、焊后变形、裂纹等焊接缺陷问题，本发明提供了一种同种/异种材料对接搅拌摩擦焊方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：包括以下步骤：

步骤一：将第一板材和第二板材加工成需要的规格；

步骤二：将所述第一板材和第二板材均沿一侧边缘铣削出相同的带有楔角α的台阶结构；

步骤三：将所述第一板材和第二板材按照楔角和台阶上下交错对接放置在工作台上，并用夹具夹紧

步骤四：启动搅拌头，以指定的旋转速度、焊接速度和搅拌针的下压深度开始对被焊板材一面的对接区域进行焊接；

步骤五：焊接冷却后将被焊板材翻转，启动搅拌头，以指定的旋转速度、焊接速度和搅拌针的下压深度开始对被焊板材另一面的对接区域进行焊接。

进一步的，所述步骤二中台阶数量为两个，楔角α范围为45°-90°

进一步的，所述步骤五和步骤六中，搅拌头的旋转速度范围为600-1200r/min，焊接速度范围为60-100mm/min，焊接倾角为2°-5°。

进一步的，所述步骤四和步骤五中的搅拌针的下压深度均大于第一板材和第二板材上的台阶高度L。

进一步的，所述步骤四和步骤五中的搅拌头的轴肩直径D大于第一板材和第二板材对接放置的对接缝距离d。

进一步的，所述搅拌针形状为圆柱形、圆锥形或带螺纹的圆锥形。

进一步的，所述第一板材和第二板材均为铝合金板。

进一步的，所述第一板材为金属板，所述第二板材为聚合物板。

本发明的同种/异种材料对接搅拌摩擦焊方法，通过将被焊板材边缘铣削处带有楔角和台阶的结构，加工楔角对接后双面焊接，将搅拌头的搅拌针深入被焊板材下，避免了根部未焊透，被焊板材变形大的问题，方法简单，成本低。

附图说明

图1是本发明中有楔角和台阶的板材示意图。

图2是本发明第一板材和第二板材对接放置示意图。

图3是图2中A处放大示意图。

图4是本发明第一板材和第二板材装夹示意图。

图中：1、第一板材；2、第二板材；3、夹具；4、搅拌头；5、搅拌针。

具体实施方式

本发明的一种同种/异种材料对接搅拌摩擦焊方法，由图1至图3所示，包括以下步骤：

步骤一：将第一板材1和第二板材2加工成需要的规格；

步骤二：将所述第一板材1和第二板材2均沿一侧边缘铣削出相同的带有楔角α的台阶结构，台阶数量为两个，台阶上下的楔角α相等，楔角α范围为45°-90°；

步骤三：将所述第一板材1和第二板材2按照楔角和台阶上下交错对接放置在工作台上，并用夹具3夹紧，这样对接放置可以调节焊缝成形金属成分，控制熔合比，形成良好的焊接接头；

步骤四：启动搅拌头4，以指定的旋转速度、焊接速度和搅拌针5的下压深度，开始对被焊板材一面的对接区域进行焊接；

步骤五：焊接冷却后将被焊板材翻转，启动搅拌头4，以指定的旋转速度、焊接速度和搅拌针5的下压深度，开始对被焊板材另一面的对接区域进行焊接。

其中步骤四和步骤五中的搅拌针5的下压深度均大于第一板材1和第二板材2上的台阶高度L，即搅拌针5插入板材的深度大于台阶高度L，这样的双面焊接解决了单面搅拌摩擦焊根部未焊合，变形大的问题；步骤五和步骤六中，搅拌头4的旋转速度范围为600-1200r/min，焊接速度范围为60-100mm/min，焊接倾角为2°-5°；步骤四和步骤五中的搅拌头4的轴肩直径D大于第一板材1和第二板材2对接放置的对接缝距离d，保证了轴肩与板材之间的摩擦并产生摩擦热，同种或异种材料的对接处处于熔化或半熔化状态，被焊板材之间形成有效连接，获得可靠对接接头，保证了焊缝表面无对接缝隙；搅拌针5形状为圆柱形、圆锥形或带螺纹的圆锥形，第一板材1和第二板材2可以均为铝合金板，也可以第一板材1为金属板，第二板材2为聚合物板，本发明中被焊板材边缘带楔角和台阶的结构，有效避免了因轴肩作用下的摩擦产热金属化合物的堆积沿着楔角斜平面流出的现象，进而影响板材背面美观。

本发明通过将被焊板材加工成带有楔角和台阶结构，并上下交错对接放置进行双面焊接，且搅拌针插入板材的深度大于台阶高度，避免了根部未焊透，被焊板材变形大的问题，同时也有效控制了对接处金属化合物的聚集现象，提高了接头强度。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种同种/异种材料对接搅拌摩擦焊方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将第一板材(1)和第二板材(2)加工成需要的规格；

步骤二：将所述第一板材(1)和第二板材(2)均沿一侧边缘铣削出相同的带有楔角α的台阶结构；

步骤三：将所述第一板材(1)和第二板材(2)按照楔角和台阶上下交错对接放置在工作台上，并用夹具(3)夹紧；

步骤四：启动搅拌头(4)以指定的旋转速度、焊接速度和搅拌针(5)的下压深度对被焊板材一面的对接区域进行焊接；

步骤五：焊接冷却后将被焊板材翻转，启动搅拌头(4)以指定的旋转速度、焊接速度和搅拌针(5)的下压深度对被焊板材另一面的对接区域进行焊接。

2.根据权利要求1所述的一种同种/异种材料对接搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述步骤二中台阶数量为两个，楔角α范围为45°-90°。

3.根据权利要求1所述的一种同种/异种材料对接搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述步骤五和步骤六中，搅拌头(4)的旋转速度范围为600-1200r/min，焊接速度范围为60-100mm/min，焊接倾角为2°-5°。

4.根据权利要求1所述的一种同种/异种材料对接搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述步骤四和步骤五中的搅拌针(5)的下压深度均大于第一板材(1)和第二板材(2)上的台阶高度L。

5.根据权利要求1所述的一种同种/异种材料对接搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述步骤四和步骤五中的搅拌头(4)的轴肩直径D大于第一板材(1)和第二板材(2)对接放置的对接缝距离d。

6.根据权利要求1中所述的一种同种/异种材料对接搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述搅拌针(5)形状为圆柱形、圆锥形或带螺纹的圆锥形。

7.根据权利要求1中所述的一种同种异种材料对接搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述第一板材(1)和第二板材(2)均为铝合金板。

8.根据权利要求1中所述的一种同种/异种材料对接搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述第一板材(1)为金属板，所述第二板材(2)为聚合物板。

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