一种热源辅助搅拌摩擦焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种热源辅助搅拌摩擦焊接方法。
【背景技术】
[0002]由于搅拌摩擦焊是利用高速旋转的搅拌头和轴肩与金属处于塑性状态，随着搅拌头前进，金属向搅拌头后方移动而形成致密焊缝的一种固相焊方法，所以该焊接方法对搅拌头的高温强度、硬度、韧性要求极其苛刻，目前仅应用于有色金属如Al、Cu等低熔点金属的焊接。高熔点金属由于熔点高，仅仅靠搅拌头与母材的摩擦很难使被焊材料达到塑化状态，异种金属材料在搅拌摩擦焊接过程中又因为容易产生金属间化合物从而使得焊接区域金属熔点急剧上升，因此高熔点金属及异种金属的搅拌摩擦焊接搅拌头寿命非常短暂，焊接极难实现。目前高熔点金属及异种金属搅拌摩擦焊接基本还处于一个空白状态。
[0003]对比文件中国公开专利CN103008897公开了一种激光与搅拌摩擦焊复合焊接方法，该发明公开了一种可实现焊接板的焊接速度快，焊接质量高的复合焊接方法，该焊接方法将激光和搅拌摩擦焊这种复合焊接技术应用于材质较硬地焊接板如不锈钢的高效连接，解决了硬材质焊接板的搅拌摩擦焊高效连接的难题。该方法主要包括:在待焊焊接板上，所述焊接板板厚度在20-50mm之间，第一激光束布置在焊接板背面，第二激光束、摩擦搅拌头布置在焊接板正面，沿着焊接方向依次布置第一激光束、摩擦搅拌头、第二激光束。由于预热激光束在焊接区域背面，被焊材料背面温度将高于正面温度，而搅拌摩擦焊作为一种压力焊接，焊缝背面需要刚性支撑，因此搅拌摩擦焊接所需的热量仍然需要搅拌头与母材摩擦产生，因而搅拌头价格昂贵且寿命很低；在焊接异种材料时，容易产生金属间化合物，需要通过焊缝合金化解决，普通搅拌摩擦焊和该专利技术均无法实现；同时激光设备昂贵，不利于批量化规模化应用。因此，迫切需要解决这三方面的问题。
【发明内容】
[0004]为了解决【背景技术】中高熔点材料和异种金属材料搅拌摩擦焊中存在的搅拌头寿命问题、焊缝合金化问题及焊接高成本问题，本发明提供了一种成本合理，搅拌头寿命长可实现高熔点金属、异种金属焊接速度快，焊接质量高的复合焊接方法，该焊接方法成功地解决了高熔点金属搅拌摩擦焊搅拌头的寿命难题及异种金属搅拌摩擦焊焊缝合金化难题，大大降低了高熔点金属和异种金属的焊接成本，提高了焊接质量。
[0005]实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种热源辅助搅拌摩擦焊接方法，包括如下步骤:
A.拼接固定好需要焊接的材料，通过辅助热源对需要焊接区域进行预加热，直至焊接材料达到塑化或者合金化状态；
B.辅助热源与摩擦搅拌头位于同一对对接焊接线上，焊接的材料被加热至塑化状态后，摩擦搅拌头沿辅助热源加热路径前进进行摩擦焊接。
[0006]在所述的步骤A中，所述的焊接材料为铜、铁、钛等高熔点材料时，采用电弧或等离子作为辅助热源；所述的焊接材料为铜-铝、钢-钛以及不同牌号钢材等异种材料时，采用MIG或MAG作为辅助热源。
[0007]优选的是，在所述的步骤B中，所述的辅助热源处于被焊接构件的上方，搅拌摩擦焊接工具的前方，辅助热源加热输入的大小取决于具体的被焊构件材料及厚度，其中异种金属焊接过程中合金化的焊丝由具体的被焊构件材料确定。
[0008]优选的是，在所述的步骤B中，所述的辅助热源在前进方向中与焊炬的夹角为10?45°，辅助热源焊炬的前端向摩擦搅拌头进行方向倾斜。
[0009]优选的是，在所述的步骤B中，辅助热源照射位置与摩擦搅拌头的间隔为I?20mmo
[0010]优选的是，在所述的步骤B中，焊接前进速度为I?3m/min。
[0011]优选的是，不同类型的辅助热源在不同的保护气体中进行焊接，其中电弧、等离子、MIG辅助在氩气中，MAG辅助在CO2气体保护中进行。
[0012]为了解决【背景技术】中高熔点材料和异种金属材料搅拌摩擦焊中存在的搅拌头寿命问题、焊缝合金化问题及焊接高成本问题，本项发明提供了一种成本合理，搅拌头寿命长可实现高熔点金属、异种金属焊接速度快，焊接质量高的复合焊接方法，该焊接方法成功地解决了高熔点金属搅拌摩擦焊搅拌头的寿命难题及异种金属搅拌摩擦焊焊缝合金化难题，大大降低了高熔点金属和异种金属的焊接成本，提高了焊接质量。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的结构示意图。
[0014]图中:1、焊件，2、摩擦搅拌头，3、辅助热源。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明:
如图所示，为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
一种热源辅助搅拌摩擦焊接方法，包括如下步骤:
A.拼接固定好需要焊接的材料，通过辅助热源对需要焊接区域进行预加热，直至焊接材料达到塑化或者合金化状态；
B.辅助热源与摩擦搅拌头位于同一对对接焊接线上，焊接的材料被加热至塑化状态后，摩擦搅拌头沿辅助热源加热路径前进进行摩擦焊接。
[0016]在所述的步骤A中，所述的焊接材料为铜、铁、钛等高熔点材料时，采用电弧或等离子作为辅助热源；所述的焊接材料为铜-铝、钢-钛以及不同牌号钢材等异种材料时，采用MIG或MAG作为辅助热源。
[0017]优选的是，在所述的步骤B中，所述的辅助热源处于被焊接构件的上方，搅拌摩擦焊接工具的前方，辅助热源加热输入的大小取决于具体的被焊构件材料及厚度，其中异种金属焊接过程中合金化的焊丝由具体的被焊构件材料确定。
[0018]优选的是，在所述的步骤B中，所述的辅助热源在前进方向中与焊炬的夹角为10?45°，辅助热源焊炬的前端向摩擦搅拌头进行方向倾斜。
[0019]优选的是，在所述的步骤B中，辅助热源照射位置与摩擦搅拌头的间隔为I?20mmo
[0020]优选的是，在所述的步骤B中，焊接前进速度为I?3m/min。
[0021]优选的是，不同类型的辅助热源在不同的保护气体中进行焊接，其中电弧、等离子、MIG辅助在氩气中，MAG辅助在CO2气体保护中进行。
[0022]如图1所示，本发明提出了一种热源辅助搅拌摩擦焊的焊接方法，其包括:在待焊焊接板上，所述焊接板厚度在1-1OOmm之间，电弧、等离子、MIG、MAG作为辅助热源及焊缝合金化手段布置在待焊材料正面，摩擦搅拌头的正前方，所述的辅助热源及焊缝合金化手段的中心线同焊接板上表面的垂直方向的夹角为α，其中0° ^ α 45°，所述辅助热源热输入大小及合金化材料的选择取决于被焊材料和焊接厚度，电弧辅助加热熔池尺寸大于后续搅拌头搅拌针直径l_2mm ;所述辅助热源在被焊材料表面上的作用点距离摩擦搅拌头在焊接板表面上的作用点水平距离为l_20mm，具体数值取决于被焊材料和焊