一种铝合金空腔型材搅拌摩擦焊方法与流程

本发明属于铝合金焊接技术领域，涉及一种铝合金空腔型材搅拌摩擦焊方法。

背景技术：

搅拌摩擦焊技术(fsw)是1991年由英国焊接研究所发明的一种新型固相连接技术，具有焊接温度低、焊接质量高、焊接变形小、焊缝成型美观等优点，广泛应用于航空航天、船舶、轨道交通、汽车等工业领域。

目前新能源汽车用铝合金电池托盘底板普遍采用搅拌摩擦焊作为主要连接方法。为了实现产品整体结构的轻质降噪，多数底板会采用中空型材的结构形式，电池托盘的底板与边框在搅拌摩擦焊时，由于底板中空型材尺寸设计不同以及搅拌摩擦焊接时施加很大的顶锻力，待焊处型材壁厚过薄会导致焊缝塌陷，无法形成有效的连接。

铝合金空腔型材如选用搅拌摩擦焊来进行连接，势必需增加型材壁厚来保证焊接需要，将会导致电池托盘整体重量增加。如选用传统弧焊方式来进行焊接，焊接后底板变形程度较大，接头强度损失严重，生产效率低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明为了解决上述铝合金空腔型材焊接过程中存在的焊缝塌陷问题，提供一种铝合金空腔型材搅拌摩擦焊方法，不仅可提高焊缝质量，减少接头强度损失比率，且生产效率得到大幅提高，并且可实现自动化式生产。

为达到上述目的，本发明提供一种铝合金空腔型材搅拌摩擦焊方法，包括以下步骤：

a、采用机加方式进行金属塞块加工，金属塞块外轮廓与型材空腔轮廓保持一致；

b、将金属塞块正面与背面均去除氧化膜，插入至两个待焊接的型材空腔内，金属塞块两侧与型材空腔均留有间隙；

c、焊接两块铝合金空腔型材之间的焊缝，采用搅拌摩擦焊接，焊接参数为：搅拌针针长为4.0mm，搅拌头轴肩为15mm，主轴转速为1000～1400r/min，焊接压力为20kn，搅拌头的焊接速度300～600mm/min，搅拌头的倾斜角度为2.5°，侧面倾斜角度为0°，搅拌针运动方向为逆时针方向，待机时间0.5s，焊接参数需要根据实际情况调整。

d、焊接完成后，对焊缝表面进行清理，按铝合金空腔型材焊缝质量要求进行检验。

进一步，步骤a中金属塞块的倒角处圆滑过渡，金属塞块与型材空腔的间隙量＜0.3mm。

进一步，步骤a中金属塞块与型材空腔的间隙量≥0.1mm。

进一步，步骤b铝合金空腔型材表面氧化膜为al2o3氧化膜，氧化膜的厚度范围为25～40μm。

进一步，步骤c焊接前将焊缝附近25～50mm的范围内用丙酮或乙醇清洗铝合金空腔型材表面油污。

进一步，步骤c中金属塞块在型材空腔内的插入深度大于搅拌头轴肩外沿10±2mm。

本发明的有益效果在于：

1、本发明目的主要针对铝合金空腔型材焊接问题，在焊接方式选择上，选用传统弧焊焊接后会导致产品变形程度较大、接头强度损失严重等问题。采用本发明所公开的搅拌摩擦焊接，不仅可提高焊缝质量，减少接头强度损失比率，且生产效率提高，可实现自动化式生产。

2、本发明所公开的铝合金空腔型材搅拌摩擦焊方法，具有以下优点：

(1)金属塞块制作过程简单，无尺寸精度要求；

(2)可实现铝合金空腔型材搅拌摩擦焊接，对焊接接头质量无影响；

(3)生产效率高，实现了自动化式生产。

(4)适合横截面较复杂的铝合金型材使用，应用性广泛。

(5)焊缝质量高，表面成型美观。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明汽车用铝合金空腔型材结构示意图；

图2为本发明空腔型材填充金属塞块结构示意图。

附图标记：铝合金空腔型材1、金属填充塞块2。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

图1为铝合金空腔型材剖面图，图2为空腔型材填充金属塞块结构示意图，金属填充塞块2填充在待焊接两块铝合金空腔型材1的空腔内，便于待焊接两块铝合金空腔型材1焊缝的焊接。

一种铝合金空腔型材搅拌摩擦焊方法，包括以下步骤：

a、采用机加方式进行金属塞块加工，金属塞块外轮廓与型材空腔轮廓保持一致，金属塞块的倒角处圆滑过渡，金属塞块与型材空腔的间隙量≥0.1mm且＜0.3mm；

b、将金属塞块正面与背面均去除氧化膜，插入至两个待焊接的型材空腔内，金属塞块两侧与型材空腔均留有间隙，铝合金空腔型材表面氧化膜为al2o3氧化膜，氧化膜的厚度范围为25～40μm；

c、焊接两块铝合金空腔型材之间的焊缝，焊接前将焊缝附近25～50mm的范围内用丙酮或乙醇清洗铝合金空腔型材表面油污，焊接过程采用激光跟踪+定点焊接，焊接参数为：搅拌针针长为18.0mm，搅拌针轴肩为32mm，主轴转速为500～600r/min，焊接压力为34kn，搅拌头的焊接速度24.5～25.5cm/min，搅拌头的倾斜角度为1.5°，侧面倾斜角度为0°，搅拌针运动方向为逆时针方向，待机时间0.5s，金属塞块在型材空腔内的插入深度大于搅拌头轴肩外沿10mm左右；

d、焊接完成后，对焊缝表面进行清理，按铝合金空腔型材焊缝质量要求进行检验。

采用本发明所公开的搅拌摩擦焊接，不仅可提高焊缝质量，减少接头强度损失比率，且生产效率提高，可实现自动化式生产。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。