线性摩擦-电流复合热源焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种线性摩擦焊接方法，特别涉及一种线性摩擦-电流复合热源焊接方法。
【背景技术】
[0002]线性摩擦焊是利用被焊材料接触面的相对往复运动摩擦所产生的热效应实现焊接的，其工艺原理是:摩擦副中的一侧工件被往复机构驱动着，在垂直于往复运动方向的压力作用下，相对于另一侧被固定的工件表面以较小的振幅、合适的频率做相对运动。随着摩擦运动的进行，摩擦表面被清理干净，摩擦热使得摩擦表面的金属逐渐达到粘塑性状态并产生变形，然后，控制两工件迅速对中并施加顶锻力，完成工件焊接。
[0003]文献“申请公布号是CN101367156A的中国发明专利”公开了一种线性摩擦焊接方法，设定两焊件的振幅为恒振幅，振动频率在摩擦初期由较低频率递增到一个较高频率;然后是恒频率、恒振幅摩擦阶段，此时振动频率、振幅恒定;在摩擦最后阶段，振幅逐渐减小，当振幅逐渐降至O使两焊件回位对中，施加顶锻压力完成焊接;整个焊接过程中，摩擦压力恒定。由于在摩擦初始阶段的较大振幅、较低频率可以对摩擦界面进行有效的机械清理和预热;摩擦中后期，振幅逐渐减小使接头的高温区间较宽且较均匀，变形金属可得到充分的回复与再结晶，消除了焊接接头的残余应力，提高了接头的质量。
[0004]然而，该线性焊接技术在焊接高热强度、大面积工件时需要很高的振动频率、大的振幅以及摩擦力，从而使机床的负荷加重，造成整个机床的振动，使机床的振动输出不平稳，可控性差。此外，机床的振动也破坏了焊接界面的封闭性，使界面金属氧化，导致将氧化物挤出焊接界面变得更加困难;进而容易形成细条状的飞边，并在焊缝内形成大量的漩涡状氧化物、裂纹，接头的焊接质量明显下降。由于在摩擦加热过程中，工件中心部位热效率比较高，热塑变形的金属量比较多，在靠近摩擦表面边缘的区域，热效率比较低，热塑变形的金属量比较少，导致焊件界面变形不均匀。
【发明内容】
[0005]为了克服现有线性摩擦焊接方法焊接大面积工件时接头质量差的不足，本发明提供一种线性摩擦-电流复合热源焊接方法。该方法在线性摩擦焊接的同时，在摩擦副中通入电流，利用电阻热来加热焊接界面。当焊接界面材料达到粘塑性状态并产生变形，即稳定摩擦阶段时，由电源控制装置切断电流，控制工件迅速对中并对工件施加较大的焊接顶锻力，完成工件的焊接。复合热源的加热方式可以实现高热强度、大面积工件的焊接，减轻了机床的负荷，使机床的振动输出平稳，可控性好，能够在焊接过程中形成良好的封闭焊接界面，提高了线性摩擦焊接大面积工件时接头质量。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种线性摩擦-电流复合热源焊接方法，其特点是包括以下步骤:
[0007]步骤一、将振动端工件3放入振动夹具9中，在振动夹具9中间及振动端工件3左端设置绝缘材料7，通过绝缘材料7隔断振动端工件3与床身12的电流传导;对振动夹具9施加夹紧压力，将振动端工件3夹紧；
[0008]将移动端工件4放入移动夹具5中，在移动夹具5中间及与移动端工件4相连接的固定顶杆6右端设置绝缘材料7，通过绝缘材料7隔断移动端工件4与床身12的电流传导;对移动夹具5施加夹紧压力，将移动端工件4夹紧；
[0009]步骤二、将电源线11的两个电极分别与所述振动夹具9和固定顶杆6连接，在所述振动夹具9、振动端工件3、移动端工件4、固定顶杆6和电源线11之间形成导电回路；
[0010]步骤三、焊接时，所述振动端工件3及振动夹具9随着振动台2在振动端液压系统I的驱动开始以振动频率30?60Hz、振幅I?3mm往复运动;所述移动端工件4及移动夹具5随着滑台13在移动纟而液压系统8的驱动下逐步向振动?而工件3罪扰;在振动?而工件3与移动立而工件4的初始摩擦阶段，即振动端工件3与移动端工件4接触瞬间，通过电源控制装置10及电源线11分别向所述振动夹具9和固定顶杆6中通入300?1000Α焊接电流，使振动端工件3与移动端工件4通电，在摩擦界面处产生电阻热；
[0011 ]步骤四、当焊接界面材料达到粘塑性状态并产生变形，即稳定摩擦阶段时，其中，从初始摩擦阶段到稳定摩擦阶段的总摩擦时间为3?10s、摩擦力为50?150MPa;由所述电源控制装置10切断电流，控制所述振动端工件3与移动端工件4迅速对中并对振动端工件3与移动端工件4施加100?350MPa的焊接顶锻力，顶锻时间为5?8s，完成振动端工件3与移动端工件4的焊接。
[0012]本发明的有益效果是:该方法在线性摩擦焊接的同时，在摩擦副中通入电流，利用电阻热来加热焊接界面。当焊接界面材料达到粘塑性状态并产生变形，即稳定摩擦阶段时，由电源控制装置切断电流，控制工件迅速对中并对工件施加较大的焊接顶锻力，完成工件的焊接。复合热源的加热方式可以实现高热强度、大面积工件的焊接，减轻了机床的负荷，使机床的振动输出平稳，可控性好，能够在焊接过程中形成良好的封闭焊接界面，提高了线性摩擦焊接大面积工件时接头质量。
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【附图说明】
[0014]图1是本发明线性摩擦-电流复合热源焊接方法所用摩擦焊机结构示意图。
[0015]图中，1-振动端液压系统；2-振动台；3-振动端工件;4-移动端工件;5-移动夹具；6-固定顶杆;7-绝缘材料;8-移动端液压系统;9-振动夹具；10-电源控制装置；11-电源线；12-床身；13-滑台，双箭头表示工件的振动方向；单箭头表示工件的移动方向以及摩擦压力和顶锻力的方向。
【具体实施方式】
[0016]参照图1。本发明线性摩擦-电流复合热源焊接方法具体步骤如下:
[0017]步骤一、将振动端工件3放入振动夹具9中，在振动夹具9中间及振动端工件3左端设置绝缘材料7，通过绝缘材料7隔断振动端工件3与床身12的电流传导;对振动夹具9施加夹紧压力，从而将振动端工件3夹紧并使振动端工件3与床身12绝缘；
[0018]将移动端工件4放入移动夹具5中，在移动夹具5中间及与移动端工件4相连接的固定顶杆6右端设置绝缘材料7，通过绝缘材料7隔断移动端工件4与床身12的电流传导;对移动夹具5施加夹紧压力，从而将移动端工件4夹紧并使移动端工件4与床身12绝缘；
[0019]步骤二、电源线11的两个电极直接与所述振动夹具9和固定顶杆6连接，在所述振动夹具9、振动端工件3、移动端工件4、固定顶杆6、电源线11之间形成导电回路；
[0020]步骤三、焊接时，所述振动端工件3及振动夹具9随着振动台2在振动端液压系统I的驱动下开始以振动频率30?60Hz、振幅I?3mm往复运动;所述移动端工件4及移动夹具5随着滑台13在移动端液压系统8的驱动下逐步向振动端工件3靠拢;在振动端工件3与移动端工件4的初始摩擦阶段即振动端工件3与移动端工件4接触瞬间，通过电源控制装置10及电源线11分别向所述振动夹具9和固定顶杆6中通入300?1000A焊接电流，从而振动端工件3与移动端工件4通电，在摩擦界面处产生电阻热；
[0021 ]步骤四、当焊接界面材料达到粘塑性状态并产生变形，即稳定摩擦阶段时，其中，从初始摩擦阶段到稳定摩擦阶段的总摩擦时间为3?10s、摩擦力为50?150MPa;由所述电源控制装置10切断电流，控制所述振动端工件3与移动端工件4迅速对中并对振动端工件3与移动端工件4施加100?350MPa的焊接顶锻力，顶锻时间为5?8s，完成振动端工件3与移动端工件4的焊接。
【主权项】
1.一种线性摩擦-电流复合热源焊接方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一、将振动端工件(3)放入振动夹具(9)中，在振动夹具(9)中间及振动端工件(3)左端设置绝缘材料(7)，通过绝缘材料(7)隔断振动端工件(3)与床身(12)的电流传导;对振动夹具(9)施加夹紧压力，将振动端工件(3)夹紧； 将移动端工件(4)放入移动夹具(5)中，在移动夹具(5)中间及与移动端工件(4)相连接的固定顶杆(6)右端设置绝缘材料(7)，通过绝缘材料(7)隔断移动端工件(4)与床身(12)的电流传导;对移动夹具(5)施加夹紧压力，将移动端工件(4)夹紧； 步骤二、将电源线(11)的两个电极分别与所述振动夹具(9)和固定顶杆(6)连接，在所述振动夹具(9)、振动端工件(3)、移动端工件(4)、固定顶杆(6)和电源线(11)之间形成导电回路； 步骤三、焊接时，所述振动端工件(3)及振动夹具(9)随着振动台(2)在振动端液压系统(I)的驱动开始以振动频率30?60Hz、振幅I?3mm往复运动;所述移动端工件(4)及移动夹具(5)随着滑台(13)在移动端液压系统(8)的驱动下逐步向振动端工件(3)靠拢;在振动端工件(3)与移动端工件(4)的初始摩擦阶段，即振动端工件(3)与移动端工件(4)接触瞬间，通过电源控制装置(10)及电源线(11)分别向所述振动夹具(9)和固定顶杆(6)中通入300?1000A焊接电流，使振动端工件(3)与移动端工件(4)通电，在摩擦界面处产生电阻热； 步骤四、当焊接界面材料达到粘塑性状态并产生变形，即稳定摩擦阶段时，其中，从初始摩擦阶段到稳定摩擦阶段的总摩擦时间为3?10s、摩擦力为50?150MPa;由所述电源控制装置(10)切断电流，控制所述振动端工件(3)与移动端工件(4)迅速对中并对振动端工件(3)与移动端工件(4)施加100?350MPa的焊接顶锻力，顶锻时间为5?8s，完成振动端工件(3)与移动端工件(4)的焊接。
【专利摘要】本发明公开了一种线性摩擦-电流复合热源焊接方法，用于解决现有线性摩擦焊接方法焊接大面积工件时接头质量差的技术问题。技术方案是在线性摩擦焊接的同时，在摩擦副中通入电流，利用电阻热来加热焊接界面。当焊接界面材料达到粘塑性状态并产生变形，即稳定摩擦阶段时，由电源控制装置切断电流，控制工件迅速对中并对工件施加较大的焊接顶锻力，完成工件的焊接。复合热源的加热方式可以实现高热强度、大面积工件的焊接，减轻了机床的负荷，使机床的振动输出平稳，可控性好，能够在焊接过程中形成良好的封闭焊接界面，提高了线性摩擦焊接大面积工件时接头质量。
【IPC分类】B23K28/02
【公开号】CN105562953
【申请号】CN201610090126
【发明人】杜随更, 卜昆, 张明, 王松林
【申请人】西北工业大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年2月18日