上、下軸肩逆向旋轉的自持式攪拌摩擦焊接方法
2023-05-07 11:47:56
專利名稱：上、下軸肩逆向旋轉的自持式攪拌摩擦焊接方法
技術領域：
本發明涉及一種自持式攪拌摩擦焊接方法。
背景技術：
專利申請號為2010102964802的發明專利申請公開了一種《上、下軸肩直徑不等的自持式攪拌摩擦焊接方法及其攪拌頭》，該申請攪拌頭採用的是下軸肩的直徑小於上軸 肩的直徑，焊接過程中，上軸肩與下軸肩的旋轉方向相同，且二者等速旋轉，下軸肩起到了 常規攪拌摩擦焊背部墊板的作用，但由於焊接過程中下軸肩與工件下表面產生較大的摩擦 力，增大了焊接熱輸入，並使被焊工件和攪拌針均承受較大的扭矩，易使工件變形和攪拌針 斷裂。此外，上、下軸肩同向旋轉會造成焊縫兩側材料流動的不對稱，進而引起攪拌摩擦焊 接溫度場、接頭組織和殘餘應力分布的不對稱，最終導致接頭性能不對稱，使焊接結構的承 載能力降低。
發明內容
本發明的目的是為解決上、下軸肩同向旋轉引起的焊接熱輸入大，工件易變形，攪 拌針存在斷裂傾向，焊縫區溫度場、接頭組織和殘餘應力分布不對稱，導致接頭性能不對 稱，降低了焊接結構承載能力的問題，提供一種上、下軸肩逆向旋轉的自持式攪拌摩擦焊接 方法。本發明的方法是通過以下步驟實現的步驟一、攪拌頭尺寸確定根據第一被焊工件和第二被焊工件的厚度確定上軸肩 直徑、攪拌針直徑及下軸肩直徑上軸肩直徑為被焊工件厚度的2. 8 3倍，攪拌針直徑為 被焊工件厚度的1 1. 25倍，下軸肩直徑為被焊工件厚度的2. 5 2. 7倍；步驟二、確定攪拌針的使用長度調整上、下軸肩相對位置使上軸肩的下端面與下 軸肩的上端面之間的距離比工件厚度小0. Olmm 0. 6mm，該距離T即為攪拌針的使用長 度；步驟三、固定第一被焊工件和第二被焊工件將第一被焊工件和第二被焊工件用 夾具固定在工作檯上；步驟四、攪拌頭定位將攪拌頭移至工件外側進行定位，使上軸肩下端面與第一被 焊工件和第二被焊工件的上端面重合，或上軸肩下端面低於第一被焊工件和第二被焊工件 的上端面0. 01 0. 3mm，攪拌針的軸心線位於第一被焊工件與第二被焊工件的對接面處；步驟五、對第一被焊工件與第二被焊工件進行攪拌摩擦焊接上軸肩與攪拌針為 一體製成，上軸肩的轉速為200轉/分鐘 3000轉/分鐘，下軸肩與上軸肩旋轉方向相反， 下軸肩的轉速為200轉/分鐘 3000轉/分鐘，攪拌頭整體以20毫米/分鐘 1000毫米 /分鐘的焊接速度沿第一被焊工件與第二被焊工件的對接面長度方向行走，直至焊接完成。本發明具有以下優點一、上軸肩與攪拌針驅動被焊材料沿某一旋向流動，下軸肩 驅動被焊材料沿相反方向流動，上、下被焊材料逆向流動會發生一定程度的中和，從而降低攪拌摩擦焊接頭組織與性能的不對稱性，提高攪拌摩擦焊接頭的力學性能。二、上軸肩和攪拌針對被焊材料的扭矩與下軸肩對被焊材料的扭矩發生部分抵消，從而降低攪拌頭整體對 被焊材料的扭矩作用，有利於降低裝夾要求，提高生產效率。三、下軸肩與攪拌針相互分離， 減小了焊接過程中攪拌針所承受的扭矩，從而降低了攪拌針的斷裂傾向。四、下軸肩直徑小 於上軸肩直徑，可以減小焊接過程中的熱輸入，從而降低接頭軟化程度。五、通過調整上、下 軸肩的相對位置，可以焊接多種厚度的工件。
圖1是本發明具體實施方式
一中的步驟一中攪拌頭的結構主剖視圖，圖2是本發 明具體實施方式
一中步驟四攪拌頭與第一被焊工件4和第二被焊工件5在焊接時的相對位 置示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式是通過以下步驟實 現的步驟一、攪拌頭尺寸確定根據第一被焊工件4和第二被焊工件5的厚度t確定 上軸肩直徑Φ 1、攪拌針直徑Φ 2及下軸肩直徑Φ 3 上軸肩直徑Φ 1為被焊工件厚度t的 2. 8 3倍，攪拌針直徑Φ 2為被焊工件厚度t的1 1. 25倍，下軸肩直徑Φ 3為被焊工件 厚度t的2. 5 2. 7倍；根據第一被焊工件4和第二被焊工件5的厚度來選擇攪拌頭的各 部分的尺寸，以保證焊縫的成形及接頭質量的穩定性；步驟二、確定攪拌針的使用長度調整上、下軸肩相對位置使上軸肩1的下端面與 下軸肩3的上端面之間的距離T比工件厚度t小0. Olmm 0. 6mm,該距離T即為攪拌針的 使用長度；步驟三、固定第一被焊工件4和第二被焊工件5 將第一被焊工件4和第二被焊工 件5用夾具固定在工作檯上；第一被焊工件4與第二被焊工件5的上端面在同一平面內；步驟四、攪拌頭定位將攪拌頭移至工件外側進行定位，使上軸肩1下端面與第一 被焊工件4和第二被焊工件5的上端面重合，或上軸肩1下端面低於第一被焊工件4和第 二被焊工件5的上端面0. 01 0. 3mm，攪拌針2的軸心線位於第一被焊工件4與第二被焊 工件5的對接面處；上軸肩1下端面低於第一被焊工件4和第二被焊工件5上端面，以調整 上、下軸肩的受力情況；步驟五、對第一被焊工件4與第二被焊工件5進行攪拌摩擦焊接上軸肩1與攪拌 針2為一體製成，上軸肩1的轉速為200轉/分鐘 3000轉/分鐘，下軸肩3與上軸肩1 轉動方向相反，下軸肩3的轉速為200轉/分鐘 3000轉/分鐘，攪拌頭整體以20毫米/ 分鐘 1000毫米/分鐘的焊接速度沿第一被焊工件4與第二被焊工件5的對接面長度方 向行走，直至焊接完成。焊接時，上軸肩1的上端與焊機的上主軸相連接，下軸肩3的下端 與焊機的下主軸相連接，攪拌針完全穿透被焊工件對接面，這樣可以有效避免焊接根部缺 陷的形成。通過調整上軸肩1與下軸肩3的間隙，可以實現多種厚度工件的焊接。
具體實施方式
二結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的步驟一中上軸肩 直徑φ 1為被焊工件厚度t的3倍，攪拌針直徑Φ 2為被焊工件厚度t的1倍，下軸肩直徑Φ 3為被焊工件厚度t的2. 8倍。上述攪拌頭尺寸可保證焊縫成形的穩定性。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的步驟二中上軸肩 1的下端面與下軸肩3的上端面之間的距離T比工件厚度t小0. 3mm。上述數值使得攪拌 摩擦焊接效果最佳。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四結合圖2說明本實施方式，本實施方式的步驟四中上軸肩1下端 面低於第一被焊工件4和第二被焊工件5的上端面0. 15mm。上述數值使得攪拌摩擦焊接效 果最佳。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的步驟五中上軸肩 1的轉速為800轉/分鐘，下軸肩3的轉速為800轉/分，焊接速度為200毫米/分鐘。上 述焊接參數為攪拌摩擦焊的最佳工藝參數值。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的步驟五中上軸肩 1的轉速均為800轉/分鐘，下軸肩3的轉速為600轉/分，焊接速度為150毫米/分鐘。 上述焊接參數為攪拌摩擦焊的最佳工藝參數值。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的步驟五中上軸肩 1的轉速為600轉/分鐘，下軸肩3的轉速為800轉/分，焊接速度為100毫米/分鐘。上 述焊接參數為攪拌摩擦焊的最佳工藝參數值。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的攪拌頭由上軸肩 1、攪拌針2、下軸肩3組成，攪拌針2垂直於上軸肩1的下端面設置，且攪拌針2與上軸肩1 製成一體，下軸肩3套裝在攪拌針2的外表面上，且下軸肩3與攪拌針2可相對上、下滑動， 下軸肩3的直徑小於上軸肩1的直徑。
權利要求
一種上、下軸肩逆向旋轉的自持式攪拌摩擦焊接方法，其特徵在於所述方法是通過以下步驟實現的步驟一、攪拌頭尺寸確定根據第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)的厚度(t)確定上軸肩直徑(φ1)、攪拌針直徑(φ2)及下軸肩直徑(φ3)上軸肩直徑(φ1)為被焊工件厚度(t)的2.8～3倍，攪拌針直徑(φ2)為被焊工件厚度(t)的1～1.25倍，下軸肩直徑(φ3)為被焊工件厚度(t)的2.5～2.7倍；步驟二、確定攪拌針的使用長度調整上、下軸肩相對位置使上軸肩(1)的下端面與下軸肩(3)的上端面之間的距離(T)比工件厚度(t)小0.01mm～0.6mm，該距離(T)即為攪拌針的使用長度；步驟三、固定第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)將第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)用夾具固定在工作檯上；步驟四、攪拌頭定位將攪拌頭移至工件外側進行定位，使上軸肩(1)下端面與第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)的上端面重合，或上軸肩(1)下端面低於第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)的上端面0.01～0.3mm，攪拌針(2)的軸心線位於第一被焊工件(4)與第二被焊工件(5)的對接面處；步驟五、對第一被焊工件(4)與第二被焊工件(5)進行攪拌摩擦焊接上軸肩(1)與攪拌針(2)為一體製成，上軸肩(1)的轉速為200轉/分鐘～3000轉/分鐘，下軸肩(3)與上軸肩(1)轉動方向相反，下軸肩(3)的轉速為200轉/分鐘～3000轉/分鐘，攪拌頭整體以20毫米/分鐘～1000毫米/分鐘的焊接速度沿第一被焊工件(4)與第二被焊工件(5)的對接面長度方向行走，直至焊接完成。
2.根據權利要求1所述上、下軸肩逆向旋轉的自持式攪拌摩擦焊接方法，其特徵在於 步驟一中上軸肩直徑(Φ1)為被焊工件厚度(t)的3倍，攪拌針直徑(Φ2)為被焊工件厚 度⑴的1倍，下軸肩直徑(Φ 3)為被焊工件厚度⑴的2. 7倍。
3.根據權利要求1所述上、下軸肩逆向旋轉的自持式攪拌摩擦焊接方法，其特徵在於 步驟二中上軸肩(1)的下端面與下軸肩(3)的上端面之間的距離(T)比工件厚度(t)小 0. 3mmο
4.根據權利要求1所述上、下軸肩逆向旋轉的自持式攪拌摩擦焊接方法，其特徵在於 步驟四中上軸肩(1)下端面低於第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)的上端面0. 15mm。
5.根據權利要求1所述上、下軸肩逆向旋轉的自持式攪拌摩擦焊接方法，其特徵在於 步驟五中上軸肩(1)的轉速為800轉/分鐘，下軸肩(3)的轉速為800轉/分，焊接速度為 200毫米/分鐘。
6.根據權利要求1所述上、下軸肩逆向旋轉的自持式攪拌摩擦焊接方法，其特徵在於 步驟五中上軸肩(1)的轉速均為800轉/分鐘，下軸肩(3)的轉速為600轉/分，焊接速度 為150毫米/分鐘。
7.根據權利要求1所述上、下軸肩逆向旋轉的自持式攪拌摩擦焊接方法，其特徵在於 步驟五中上軸肩(1)的轉速為600轉/分鐘，下軸肩(3)的轉速為800轉/分，焊接速度為 100毫米/分鐘。
全文摘要
上、下軸肩逆向旋轉的自持式攪拌摩擦焊接方法，它涉及一種自持式攪拌摩擦焊接方法，以解決上、下軸肩直徑不相等、但同向等速旋轉，焊接過程中，存在焊接熱輸入大、工件易變形，攪拌針存在斷裂傾向，焊縫區溫度場、接頭組織和殘餘應力分布不對稱，導致接頭性能不對稱，降低了焊接結構承載能力的問題。方法一、攪拌頭尺寸確定根據第一被焊工件和第二被焊工件的厚度確定上軸肩、攪拌針及下軸肩的直徑；二、確定攪拌針使用長度；三、固定第一被焊工件和第二被焊工件；四、攪拌頭定位；五、對第一被焊工件與第二被焊工件進行攪拌摩擦焊接上軸肩與攪拌針為一體製成，下軸肩與上軸肩轉動方向相反。本發明用於自持式攪拌摩擦焊接。
文檔編號B23K20/12GK101979209SQ201010563148
公開日2011年2月23日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者侯軍才, 劉會傑, 張超群, 趙運強 申請人:哈爾濱工業大學