对-搭复合接头铝合金中空挤压型材搅拌摩擦焊焊接方法
【专利摘要】一种对?搭复合接头铝合金中空挤压型材搅拌摩擦焊焊接方法，其特征在于是通过以下步骤实现的：对待焊出口铝合金中空挤压型材的焊接部位型材壁厚t进行测量；按搅拌针长度l与待焊型材壁厚t之间的∣t?l∣≤0.15mm关系，根据搅拌头旋转方向、焊接行进方向，将入口型材布置于前进侧；按设定工艺参数进行对搭组合接头形式的铝合金中空挤压型材焊接，完成一侧焊缝焊接后，将工件翻转，同样在保证入口型材于前进侧位置情况下完成另一侧焊缝的搅拌摩擦焊焊接。本发明可有效地克服对?搭复合接头形式铝合金中空挤压型材FSW焊接时常出现的对接界面未焊透、搭接界面畸变翘曲缺陷产生，显著提升该结构形式的FSW焊接质量和稳定性。并且此方法的提出，有利于在保证高品质焊缝质量的同时，实现FSW高速焊接。
【专利说明】
对-搭复合接头铝合金中空挤压型材搅拌摩擦焊焊接方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种铝合金材料的搅拌摩擦焊接方法，适用于对-搭复合接头形式的铝合金中空挤压型材焊接。
【背景技术】
[0002]从节能、环保、便捷等角度考虑，轨道客车相比其他交通手段具有更多明显优势。铝合金车体结构因质量轻、结构简单、外形美观等优点，为现今主要的轨道客车结构形式之一。目前，轨道客车铝合金车体多采用整体承载的中空挤压型材全焊接结构，焊接方法则以熔化极惰性气体保护焊(简称MIG焊)为主。但随着轨道客车运行速度以及外观质量要求的不断提高，相应地对焊接接头质量和焊后变形的控制要求也随之提高。由于铝合金材料MIG焊时，极易出现气孔、微裂纹、夹杂、未熔合等缺陷，并且由于焊接过程热输入量较大，从而导致焊接接头强度损失严重和工件焊后变形较大。搅拌摩擦焊(简称FSW)作为新型的固态焊接技术，因焊接过程母材不熔化，从根源上可避免气孔、热裂纹、夹杂等缺陷产生，又因FSW热输入量低、焊接效率高，可有效地降低焊接接头的强度损失，减少工件的焊后变形。由于FSW在铝合金焊接方面的显著优势，现以成为轨道客车铝合金车体制造先进焊接技术的代表。
[0003]因FSW与传统弧焊在技术原理上存在本质差别，相应地焊接接头结构形式以及对应的焊接工艺方法也存在显著不同。采用FSW工艺进行焊接时，焊缝部位需要较大刚性支撑，同时从易于工程组配角度出发，如图1所示的对-搭复合接头形式，为当前轨道客车铝合金车体部件的中空挤压型材FSW焊接时常用接头形式。从图1中可以看出，通过入口型材2和出口型材3的组配，形成待焊搅拌摩擦焊缝4和5。因FSW焊接时，根据搅拌头的旋转切线方向与搅拌头行进方向是否一致，焊缝两侧分为前进侧(两方向一致侧)和后退侧(两方向不一致侧)，即按图1中示出的搅拌头I旋转和行进方向，入口型材2位于前进侧、出口型材3位于后退侧。FSW焊接工作时前进侧和后退侧的受力状况、热量分布、塑化金属的流变特征都存在不同，相应地焊后接头的微观组织以及力学性能也存在不同程度的差异。
[0004]因如图1所示的对-搭复合接头形式在组配过程中具备自锁功能，降低了工装夹具的作用要求，特别是在进行长大部件的FSW焊接时，较易实现FSW的工艺组配精度要求。但就FSW焊接接头的质量控制而言，在进行几何形状、结构尺寸非对称的铝合金中空挤压型材对-搭复合接头FSW焊接时，要想获得高品质的搅拌摩擦焊缝存在较大困难。此时，如控制不当，极易产生焊缝根部焊不透或搭接界面大尺寸畸变翘曲等缺陷产生。特别是当为实现高速FSW焊接时，采用高的搅拌头旋转速度和较大下压力时，问题更易发生。这不仅会对FSW焊接接头的拉伸、弯曲等性能产生影响，更重要的是将会对FSW焊接接头的动载疲劳性能产生较大影响，从而对轨道客车的行车安全产生较大隐患。正因对-搭复合接头形式的铝合金中空挤压型材FSW存在的上述诸多难度，现有成为影响并制约FSW这一先进、绿色制造工艺在轨道车辆铝合金车体制造，尤其是在长大型材部件焊接方面的批量化应用推广。因此如何实现对-搭复合接头形式的轨道车辆铝合金中空挤压型材的FSW高质量，已成为相关行业工作者的研究工作重点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对铝合金中空挤压型材搅拌摩擦焊接常用的对-搭复合接头形式，在考虑搅拌摩擦焊焊缝两侧在受力状况、热量分布、塑化金属流变特征，以及组织结构、力学性能等方面的不对称性情况下，从型材布置、搅拌针长度与待焊中空型材壁厚关系提出一种工艺稳定、质量可控、操作简单的搅拌摩擦焊接方法。
[0006]为实现上述目的，本发明提供一种对-搭复合接头铝合金中空挤压型材搅拌摩擦焊焊接方法，其特征在于是通过以下步骤实现的:
1、待焊铝合金中空挤压型材壁厚测量:用游标卡尺对待焊出口铝合金中空挤压型材的焊接部位型材壁厚t进行测量；
2、对应针长搅拌头选用:按搅拌针长度I与待焊型材壁厚t之间的11-11<0.15mm关系，选用适用针长的搅拌头；
3、型材布置:根据搅拌头旋转方向、焊接行进方向，将入口型材布置于前进侧；
4、搅拌摩擦焊焊接:按设定工艺参数进行对搭组合接头形式的铝合金中空挤压型材焊接，完成一侧焊缝焊接后，将工件翻转，同样在保证入口型材于前进侧位置情况下完成另一侧焊缝的搅拌摩擦焊焊接。
[0007]所述的步骤2中I t_l I <0.1mm。
[0008]所述的步骤2中I t_l I <0.05mm。
[0009]所述的步骤2中11-11 =0mm。
[0010]本发明可有效地克服对-搭复合接头形式铝合金中空挤压型材FSW焊接时常出现的对接界面未焊透、搭接界面畸变翘曲缺陷产生，显著提升该结构形式的FSW焊接质量和稳定性。并且此方法的提出，有利于在保证高品质焊缝质量的同时，实现FSW高速焊接，焊接速度达 2.5m/min0
【附图说明】
[0011]图1是本发明焊接方法过程起始状态示意图；
图2是本发明返程焊接另一面状态示意图；
图3是本发明是设备无返程焊接能力时进行另一面状态示意图；
图4是采用本发明提出的方法，焊接速度为2.5m/min，型材壁厚为4mm的6005A-T6铝合金中空型材FSW焊接接头金相图片。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
[0013]实施例1
结合图1、图2和图3，具体实施时，待焊入口型材2和出口型材3同为6005A铝合金中空挤压型材(热处理状态为T6)，型材壁厚为4mm。首先用酒精擦除待焊入口型材2和出口型材3的表面油污，再用游标卡尺分别对出口型材3的型材壁厚3-1和3-2进行测量。按附图1所示方式，根据搅拌头的旋转切线方向与搅拌头行进方向是否一致，焊缝两侧分为前进侧(两方向一致侧)和后退侧(两方向不一致侧)，分别将入口型材2和出口型材3布置于前进侧和后退侦U。在进行焊缝4的搅拌焊接之前，根据出口型材壁厚3-1的实测厚度，按搅拌针的长度I与待焊型材壁厚t之间的关系t-l=0.15mm，选择符合上述关系的长度搅拌针1-1的搅拌头I。启动搅拌摩擦焊接设备，按设定工艺参数进行FSW焊接，焊接速度为2.5m/min。在完成焊缝4的FSW焊接后，实现了入口型材2和出口型材3的一侧FSW焊接，之后按图2方式布置入口型材2和出口型材3，在设备具有返程焊接的能力情况下，按图2所示搅拌头旋转速度和行进方向及设定工艺参数完成焊缝5的FSW焊接。如果不具有返程焊接能力，则按图3所示更换新的设备按搅拌头旋转速度和行进方向及设定工艺参数完成焊缝5的FSW焊接，图中2-1为入口型材的支撑筋。
[0014]实施例2: t-l=0.1mm，其余步骤同实施例1。
[00?5] 实施例3: t-l=_0.1mm，其余步骤同实施例1。
[0016]实施例4: 1:-1=-0.15臟，其余步骤同实施例1。
[0017]实施例5: t-l=-0.05mm，其余步骤同实施例1。
[0018]实施例6: t-l=0.05mm，其余步骤同实施例1。
[0019]实施例7:t-l=0mm，其余步骤同实施例1。
[0020]参照图4，焊接速度为2.5m/min，型材壁厚为4mm的6005A-T6铝合金中空型材FSW焊接接头金相图片可见，完全没有现有技术常出现的对接界面未焊透、搭接界面畸变翘曲缺陷，而且工艺稳定、质量可控。
【主权项】
1.一种对-搭复合接头铝合金中空挤压型材搅拌摩擦焊焊接方法，其特征在于是通过以下步骤实现的: (1)待焊铝合金中空挤压型材壁厚测量:用游标卡尺对待焊出口铝合金中空挤压型材的焊接部位型材壁厚t进行测量； (2)对应针长搅拌头选用:按搅拌针长度I与待焊型材壁厚t之间的It-1^0.15mm关系，选用适用针长的搅拌头； (3)型材布置:根据搅拌头旋转方向、焊接行进方向，将入口型材布置于前进侧； (4)搅拌摩擦焊焊接:按设定工艺参数进行对搭组合接头形式的铝合金中空挤压型材焊接，完成一侧焊缝焊接后，将工件翻转，同样在保证入口型材于前进侧位置情况下完成另一侧焊缝的搅拌摩擦焊焊接。2.根据权利要求1所述的对-搭复合接头铝合金中空挤压型材搅拌摩擦焊焊接方法，其特征在于:所述的步骤(2)中11-11彡0.1mm03.根据权利要求1所述的对-搭复合接头铝合金中空挤压型材搅拌摩擦焊焊接方法，其特征在于:所述的步骤(2)中11-11 <0.05_。4.根据权利要求1所述的对-搭复合接头铝合金中空挤压型材搅拌摩擦焊焊接方法，其特征在于:所述的步骤(2)中|t-l|=0mm。
【文档编号】B23K20/12GK106001903SQ201610463384
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】张欣盟, 何广忠, 杨姝, 李晶
【申请人】中车长春轨道客车股份有限公司