TWI538758B - 攪拌摩擦補焊工藝及採用該補焊工藝之攪拌摩擦焊接方法 - Google Patents

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Description

攪拌摩擦補焊工藝及採用該補焊工藝之攪拌摩擦焊接方法
本發明涉及一種補焊工藝，尤其涉及一種攪拌摩擦補焊工藝及採用該補焊工藝之攪拌摩擦焊接方法。
電子裝置一般包括金屬殼體，一些屬殼體由於結構之限制不能採用壓鑄方式一次成型。該種金屬殼體一般包括本體及蓋板，並藉由攪拌摩擦焊接方法將本體與蓋板接合於一起以形成金屬殼體。而攪拌摩擦焊接通常會於該金屬殼體上產生焊接缺陷。例如攪拌摩擦焊接將攪拌針拔出時，其週緣軟化之金屬流入攪拌針拔出後所餘留之空間，由於軟化金屬具有一定之黏滯作用，因而導致該餘留之空間不會被填滿，從而產生一定之凹陷並於凹陷週緣產生異形之凸起，嚴重影響產品之美觀度。
為增加金屬殼體之美觀度，需於攪拌摩擦焊接時增加補焊步驟以消除金屬殼體之焊接缺陷。常用之補焊工藝為熔焊，即利用焊條將焊接缺陷區域之金屬熔化並凝固於一起，但這等熔焊式補焊工藝會導致金屬殼體之結構強度降低。業界為增加金屬殼體經補焊後之結構強度，常用帶有自耗攪拌針之攪拌摩擦焊接工具進行補焊，但是該種補焊工具每次焊接都需安裝攪拌針，因此製造成本 較高，且攪拌針需於焊接缺陷區域往復移動多次才能將其攪拌均勻，工序較多，耗時較長。
有鑒於此，有必要提供一種能夠節省工序及工時之攪拌摩擦補焊工藝及採用該補焊工藝之攪拌摩擦焊接方法。
一種攪拌摩擦補焊工藝，用於消除工件上之焊接缺陷區域，其包括以下步驟：提供一補焊工具，補焊工具包括一驅動件及由驅動件驅動之攪拌棒，攪拌棒具有一工作端部且工作端部之截面邊緣上相距最遠之兩點之間之距離大於焊接缺陷區域之最大直徑，所述工作端部之端面中心形成有凹面，所述工作端部之邊緣相對所述凹面形成一環形之刃尖；控制攪拌棒旋轉並以工作端部紮入焊接缺陷區域相鄰區域；將攪拌棒沿朝向焊接缺陷區域進給移動以完全覆蓋焊接缺陷區域；將攪拌棒拔出，使焊接缺陷區域冷卻。
一種攪拌摩擦焊接方法，其包括以下步驟：提供二金屬元件；將該二金屬元件拼接形成一接合線；提供一攪拌摩擦焊接工具，該攪拌摩擦焊接工具包括驅動件、由驅動件帶動之軸肩及設置於軸肩上之攪拌針；將該攪拌針旋轉並沿著接合線插入該二金屬元件之間，攪拌針摩擦鄰近材料並使鄰近材料因摩擦熱量而軟化；將攪拌針沿著接合線之切線方向進給移動以形成焊接區域；將攪拌針拔出，使焊接區域冷卻以使二金屬元件接合，該二金屬元件產生有焊接缺陷區域；利用攪拌摩擦補焊工藝對焊接缺陷區域進行補焊以消除焊接缺陷，該攪拌摩擦補焊工藝包括以下步驟：提供一補焊工具，補焊工具包括一驅動件及由驅動件驅動之攪拌棒，攪拌棒具有一工作端部且工作端部之截面邊緣上相距最遠之兩點 之間之距離大於焊接缺陷區域之最大直徑，所述工作端部之端面中心形成有凹面，所述工作端部之邊緣相對所述凹面形成一環形之刃尖；控制攪拌棒旋轉並以工作端部紮入焊接缺陷區域相鄰區域；將攪拌棒沿朝向焊接缺陷區域進給移動以完全覆蓋焊接缺陷區域；將攪拌棒拔出，使焊接缺陷區域冷卻。
由於該補焊工具僅包括驅動件與攪拌棒，故其製造成本較低。將攪拌棒旋轉並以其工作端部紮入焊接缺陷區域且沿朝向焊接缺陷區域進給移動一次即可使焊接缺陷區域之金屬材料軟化且將該軟化之金屬材料攪拌均勻，從而於冷卻後形成一整體式結構，因而該攪拌摩擦補焊工藝可節約工序與工時。
100‧‧‧金屬殼體
200‧‧‧攪拌摩擦焊接工具
300‧‧‧補焊工具
101‧‧‧本體
102‧‧‧蓋板
103‧‧‧接合線
104‧‧‧待焊接區域
105‧‧‧焊接缺陷區域
210‧‧‧軸肩
211‧‧‧端面
220‧‧‧攪拌針
221‧‧‧圓週面
301‧‧‧攪拌棒
3011‧‧‧工作端部
3013‧‧‧圓週側面
3015‧‧‧凹面
3017‧‧‧刃尖
圖1係本發明實施方式之攪拌摩擦焊接方法中所採用之攪拌摩擦焊接工具對金屬殼體進行焊接時之示意圖。
圖2係本發明實施方式之攪拌摩擦焊接方法於焊接金屬殼體時之流程示意圖。
圖3係本發明實施方式之攪拌摩擦補焊工藝採用之補焊工具對金屬殼體進行補焊時之立體示意圖。
圖4係圖3所示補焊工具之立體放大圖。
圖5係本發明實施方式之攪拌摩擦補焊工藝對金屬殼體進行補焊時之流程示意圖。
圖6係圖3所示補焊工具補焊路徑示意圖。
圖7係圖3所示金屬殼體經補焊後之立體示意圖。
請參閱圖1，本發明之攪拌摩擦焊接方法用於對二金屬元件進行焊接以使其接合。於本實施方式中，該二金屬元件分別為本體101與蓋板102，本體101與蓋板102藉由攪拌摩擦焊接接合為金屬殼體100。
請一併參閱圖2，以下將以焊接金屬殼體100為例對本實施方式之攪拌摩擦焊接方法進行詳細描述。
於步驟S201中，提供本體101及蓋板102。於本實施方式中，本體101與蓋板102為鋁合金材料製成。
於步驟S202中，將蓋板102貼合於本體101上並於其貼合位置處對應形成一接合線103。於本實施方式中，接合線103處於本體101及蓋板102之側面。以接合線103為中軸線於蓋板102與本體101相接處定義出一沿著接合線103延伸之待焊接區域104。於本實施方式中，待焊接區域104為狹條狀。
於步驟S203中，提供一攪拌摩擦焊接工具200，該攪拌摩擦焊接工具200包括驅動件(圖未示)、由所述驅動件帶動之軸肩210及設置於軸肩210上之攪拌針220。於本實施方式中，攪拌針220為非自耗攪拌針且固定設置於軸肩210遠離所述驅動件之一端。軸肩210與攪拌針220呈階梯軸狀，並且軸肩210上具有一靠近攪拌針220之端面211。攪拌針220工作末端具有一圓週面221。
於步驟S204中，控制攪拌針220旋轉並沿著接合線103紮入本體101與蓋板102之間，攪拌針220摩擦鄰近材料並使所述鄰近材料因摩擦熱量而軟化。即將攪拌針220靠近待焊接區域104，軸肩 210於驅動件之驅動下帶動攪拌針220以2700~3000r/min之轉速旋轉，並沿著接合線103以20~40mm/min之速度垂直紮入蓋板102與本體101之間直至軸肩210之端面211對應抵接於待焊接區域104上。攪拌針220之圓週面221與接合線103二側之蓋板102及本體101摩擦並使鄰近處之金屬材料軟化。於本實施方式中，攪拌針220及軸肩210之轉速為2800r/min，攪拌針220之紮入速度為30mm/min。
於步驟S205中，將攪拌針220沿著接合線103之切線方向進給移動以形成焊接區域。攪拌針220之進給移動速度優選為40~600mm/min。於本實施方式中，攪拌針220之進給移動速度為100mm/min。可選擇的是攪拌針220之旋轉軸線可沿遠離其移動方向偏斜一定角度，如5到6度左右。
於步驟S206中，將攪拌針220拔出，使所述焊接區域冷卻。於本實施方式中，採用自然冷卻方式對焊接區域進行冷卻以形成金屬殼體100。當然還可採用水冷、風冷等方法使焊接區域冷卻，亦可邊焊接邊對攪拌針220遠離處之焊接區域進行冷卻。
請參閱圖3及圖4，經過上述步驟處理後之金屬殼體100產生焊接缺陷區域105，即攪拌摩擦焊接過程中，攪拌針220拔出時，其週緣軟化之金屬流入攪拌針220拔出後所餘留之近似攪拌針220末端大小之凹陷，且於凹陷週緣產生一些微小凸起(圖未示)。於本實施方式中，焊接缺陷區域105為將攪拌針220拔出時於焊接區域留下之圓形凹陷。
於步驟S207中，利用攪拌摩擦補焊工藝對焊接缺陷區域105進行補焊以消除焊接缺陷。請參閱圖5，以下將以金屬殼體100為例對 本實施方式之攪拌摩擦補焊工藝進行詳細描述。
於步驟S401中，提供一補焊工具300，補焊工具300包括一驅動件(圖未示)及由驅動件驅動之攪拌棒301，攪拌棒301具有一工作端部3011且工作端部3011之截面邊緣上相距最遠之兩點之間之距離大於焊接缺陷區域105之最大直徑。本實施方式中，攪拌棒301為普通攪拌頭移除攪拌針後之軸肩，其為圓柱狀且其上之工作端部3011處於攪拌棒301遠離驅動件之一端。環繞工作端部3011週緣形成有圓週側面3013並於工作端部3011之端面中心形成有凹面3015。工作端部3011之邊緣相對凹面3015形成一環形之刃尖3017。於本實施方式中，工作端部3011沿環形之刃尖3017之截面為圓形，其面積大於焊接缺陷區域105。於本實施方式中，凹面3015為由刃尖3017向內漸縮之圓弧形凹面，凹面3015之凹陷深度為0.5~1mm。
於步驟S402中，控制攪拌棒301旋轉並以其工作端部3011紮入焊接缺陷區域105相鄰區域。即將攪拌棒301之凹面3015靠近焊接缺陷區域105，驅動件驅動攪拌棒301以2000~4000r/min之轉速旋轉，然後將攪拌棒301之刃尖3017對應焊接缺陷區域105之鄰近區域以50~200mm/min之速度垂直紮入。於本實施方式中，紮入後之攪拌棒301邊緣與焊接缺陷區域105之邊緣相切。攪拌棒301之圓週側面3013及凹面3015與焊接缺陷區域105之金屬材料相互摩擦產生熱量並使焊接缺陷區域105之金屬材料軟化。於本實施方式中，攪拌棒301之轉速為3000r/min，其紮入速度為100mm/min。
請一併參閱圖6，於步驟S403中，將攪拌棒301沿朝向焊接缺陷區域105進給移動以完全覆蓋焊接缺陷區域105。攪拌棒301之移動 速度為500~2000mm/min。於本實施方式中，攪拌棒301沿焊接缺陷區域105之一端沿A方向向另一端以600mm/min之速度直線移動。
優選地，攪拌棒301之旋轉軸線沿遠離所述移動方向偏斜，且攪拌棒301之旋轉軸線與焊接缺陷區域105之表面之法線成5度夾角。
於步驟S404中，將攪拌棒301拔出，使焊接缺陷區域105冷卻。於本實施方式中，採用自然冷卻方式對焊接缺陷區域105進行冷卻。還可採用水冷、風冷等方法使焊接缺陷區域105冷卻。
請參閱圖7，經由補焊工藝處理後之金屬殼體100上之焊接缺陷區域105業已消除，以上完成了本實施方式之攪拌摩擦焊接方法。
可以理解，工作端部3011之截面可為長方形或正方形等其他形狀，相應地，其端部之截面邊緣上相距最遠之兩點之間之距離大於焊接缺陷區域105之最大直徑。工作端部3011之端面亦可不為凹面。凹面3015之凹陷深度可根據需要調整。
可以理解，攪拌棒301紮入焊接缺陷區域105之鄰近區域後，其工作端部3011可與焊接缺陷區域105部分重疊。攪拌棒301紮入焊接缺陷區域105之鄰近區域後，其工作端部3011之邊緣亦可與焊接缺陷區域105隔開一定距離。
由於補焊工具300僅包括驅動件與攪拌棒301，因而其製造成本較低，製造簡易，不易損壞。將攪拌棒301旋轉並以工作端部3011紮入焊接缺陷區域105並沿焊接缺陷區域105進給移動一次即可使焊接缺陷區域105之金屬材料軟化且將該軟化之金屬材料攪拌均 勻，從而於冷卻後形成一整體式結構，因而該攪拌摩擦焊補焊工藝可節約工序與工時。進一步地，由於攪拌棒301之旋轉軸線與焊接缺陷區域105之表面之法線成5度夾角，可使攪拌棒301於移動過程中帶動凹面3015朝一側擠壓軟化後之金屬材料，使得軟化後之金屬材料均布於焊接缺陷區域105，從而使得焊接缺陷區域105之表面較為平實，達到較好之外觀效果與結構強度。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧金屬殼體
300‧‧‧補焊工具
101‧‧‧本體
102‧‧‧蓋板
103‧‧‧接合線
104‧‧‧待焊接區域
105‧‧‧焊接缺陷區域
301‧‧‧攪拌棒
3011‧‧‧工作端部

Claims (9)

  1. 一種攪拌摩擦補焊工藝，用於消除工件上之焊接缺陷區域，其包括以下步驟：提供一補焊工具，所述補焊工具包括一驅動件及由驅動件驅動之攪拌棒，攪拌棒具有一工作端部且工作端部之截面邊緣上相距最遠之兩點之間之距離大於焊接缺陷區域之最大直徑，所述工作端部之端面中心形成有凹面，所述工作端部之邊緣相對所述凹面形成一環形之刃尖；控制所述攪拌棒旋轉並以所述工作端部紮入焊接缺陷區域相鄰區域；將所述攪拌棒沿朝向所述焊接缺陷區域進給移動以完全覆蓋所述焊接缺陷區域；及將所述攪拌棒拔出，使所述焊接缺陷區域冷卻。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之補焊工藝，其中該攪拌棒為圓柱形，所述凹面為圓弧形凹面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之補焊工藝，其中該凹面之凹陷深度為0.5~1毫米。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之補焊工藝，其中該攪拌棒之轉速為2000~4000轉/分鐘，所述攪拌棒之工作端部紮入焊接缺陷區域之速度為50~200毫米/分鐘，所述攪拌棒沿朝向所述焊接缺陷區域進給移動之速度為500~2000毫米/分鐘。
  5. 如申請專利範圍第1所述之補焊工藝，其中紮入焊接缺陷區域相鄰區域後之攪拌棒之工作端部邊緣與所述焊接缺陷區域之邊緣相切。
  6. 如申請專利範圍第1所述之補焊工藝，其中紮入焊接缺陷區域相鄰區域後之攪拌棒之工作端部與所述焊接缺陷區域部分重疊或隔開一定距離。
  7. 一種攪拌摩擦焊接方法，其包括以下步驟：提供二金屬元件；將所述二金屬元件拼接形成一接合線；提供一攪拌摩擦焊接工具，所述攪拌摩擦焊接工具包括驅動件、由所述驅動件帶動之軸肩及設置於所述軸肩上之攪拌針；將所述攪拌針旋轉並沿著所述接合線插入所述二金屬元件之間，所述攪拌針摩擦鄰近材料並使所述鄰近材料因摩擦熱量而軟化；將所述攪拌針沿著所述接合線之切線方向進給移動以形成焊接區域；將所述攪拌針拔出，使所述焊接區域冷卻以使所述二金屬元件接合，所述二金屬元件產生有焊接缺陷區域；及利用攪拌摩擦補焊工藝對焊接缺陷區域進行補焊以消除焊接缺陷，該攪拌摩擦補焊工藝包括以下步驟：提供一補焊工具，所述補焊工具包括一驅動件及由驅動件驅動之攪拌棒，攪拌棒具有一工作端部且工作端部之截面邊緣上相距最遠之兩點之間之距離大於焊接缺陷區域之最大直徑，所述工作端部之端面中心形成有凹面，所述工作端部之邊緣相對所述凹面形成一環形之刃尖；控制所述攪拌棒旋轉並以所述工作端部紮入焊接缺陷區域相鄰區域；將所述攪拌棒沿朝向所述焊接缺陷區域進給移動以完全覆蓋所述焊接缺陷區域；將所述攪拌棒拔出，使所述焊接缺陷區域冷卻。
  8. 如申請專利範圍第7所述之攪拌摩擦焊接方法，其中該攪拌棒為圓柱形，所述凹面為圓弧形之凹面，所述凹面之凹陷深度為0.5~1毫米。
  9. 如申請專利範圍第7所述之攪拌摩擦焊接方法，其中該攪拌棒之轉速為2000~4000轉/分鐘，所述攪拌棒之工作端部紮入焊接缺陷區域之速度為50~200毫米/分鐘，所述攪拌棒沿朝向所述焊接缺陷區域進給移動之速度為500~2000毫米/分鐘。
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