背部增厚消除弱连接且适应板厚变化的搅拌摩擦焊方法
【专利摘要】本发明涉及一种背部增厚消除弱连接且适应板厚变化的搅拌摩擦焊方法，它解决了现有搅拌摩擦焊由于输入焊缝底部的热量少而输出大，焊缝底部不易焊合而出现弱连接缺陷问题。方法如下：一、装夹固定背部增厚板和母材；二、搅拌头逆时针高速旋转压入对接板材和背部增厚板内，直至搅拌头的轴肩与母材上表面接触，搅拌头沿对接面向前运动进行焊接，焊后卸下焊接件；三、根据需要保留增厚板或通过铣削的方式去除一定厚度的增厚板。本发明的方法通过在母材背部放置增厚板，搅拌针顶端插在增厚板中，消除底部未焊透或者未焊合等弱连接缺陷，从而提高了对接接头质量；同时拓宽搅拌头对板材厚度的适应范围，本方法简单易行，操作方便。
【专利说明】背部增厚消除弱连接且适应板厚变化的搅拌摩擦焊方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种搅拌摩擦焊的方法，具体涉及一种背部增厚消除弱连接且适应板厚变化的搅拌摩擦焊方法。
【背景技术】
[0002]搅拌摩擦焊技术是英国焊接研究所于1991年发明的一种新型的固相连接技术，该技术的特点为高速旋转的搅拌针插入待焊工件的适当位置，高速旋转的轴肩和搅拌针与母材的摩擦产生大量的热，使母材处于一种塑性状态，并在搅拌针的搅拌作用实现材料的流动，搅拌头向前运动，便在搅拌头的后部实现工件材料的混合，即实现连接。该技术与传统的电弧焊技术相比具有很多显著优势:工作效率高、能源消耗少；无污染、无弧光、噪声小；焊接变形小，残余应力小，焊缝质量高。因此，自该技术问世以来得到了全世界的极大关注和广泛研究，如今已在汽车工业、轨道交通、航空航天、电力电子等领域得到了广泛应用。但是搅拌摩擦焊并不会像弧焊那样焊缝出现余高，还会因为搅拌头下压工件，使塑性材料从轴肩两侧溢出，造成了飞边和焊缝减薄的缺陷。不仅如此，由于输入焊缝底部的热量最少而输出最大，焊缝底部不易焊合而出现焊接缺陷。另外，虽然搅拌摩擦焊理论上可以实现可焊厚度内任意厚度的工件的焊接，但在实际应用过程中，由于一个搅拌头的针长固定，只能焊接在某个很小范围内变化的特定厚度的工件。这些特点在一定程度上也限制了搅拌摩擦焊技术的应用与推广，因此需要一种能够实现焊缝增厚且适应板厚变化的搅拌摩擦焊新方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的主要是为了解决搅拌摩擦焊焊缝底部弱连接、焊缝减薄的问题，同时还可以解决一个搅拌头只能焊接特定厚度的工件，适应尺寸范围小的问题，而提供一种背部增厚消除弱连接且适应板厚变化的搅拌摩擦焊方法，本方法能够实现焊缝背部出现余高，同时可以拓宽一个搅拌头的可焊工件厚度的适用范围的搅拌摩擦焊方法。
[0004]本发明的通过以下技术实现:一种背部增厚消除弱连接且适应板厚变化的搅拌摩擦焊方法，如下:
[0005]步骤一:焊前，装夹固定背部增厚板，然后固定两个待焊接母材在背部增厚板上，两待焊接母材对接放置，两对接面紧密贴合，移动搅拌头与对接面对齐；
[0006]步骤二:焊接过程中，搅拌头逆时针高速旋转压入对接板材内，直至搅拌头的轴肩与待焊接母材上表面接触，并保持0.1?0.5mm的下压量，同时搅拌头的搅拌针部分插入背部增厚板，搅拌头沿对接面向前运动进行焊接，焊后卸下焊接件完成焊接；
[0007]步骤三:焊后，根据需要保留增厚板或通过铣削的方式去除一定厚度的增厚板。
[0008]本发明还具有如下技术特征:
[0009]1、所述的背部增厚板的材料与待焊接母材相同或者成分属于同一系的合金材料。
[0010]2、当铣削的板材厚度小于背部增厚板的厚度，就能够在下部的焊缝出现余高，从而提闻接头的强度。
[0011]3、所述的搅拌头的材质为工具钢、合金钢、不锈钢、硬质合金、镍基合金、钨基合金或多晶立方氮化硼。
[0012]4、所述的步骤二中搅拌头轴肩压入待焊接母材的深度为0.1-0.5_。
[0013]5、所述的步骤二中搅拌头转速为200-2500r/min，焊接速度为10-1000mm/min。
[0014]6、待焊接母材的厚度要小于搅拌针的长度。
[0015]本发明的方法具有以下优点:一、通过在母材背部放置增厚板，搅拌针顶端插在增厚板中，消除底部未焊透或者未焊合等弱连接缺陷，焊后可以根据需要保留或铣削掉增厚板，从而提高了对接板材部分的焊缝质量；二、焊接后可以根据需要确定增厚板的铣削量，使对接板材的焊缝出现余高，提高焊缝的承载能力；三、拓宽了 一个搅拌头的适合焊接的板材厚度的范围，而且本方法简单易行，操作方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为待焊试件与背部增厚板相对位置示意图；
[0017]图2为本发明搅拌摩擦焊焊接过程示意图。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
[0019]如图1-2所示，本实施方式的一种背部增厚消除弱连接且适应板厚变化的搅拌摩擦焊方法按以下步骤实现:
[0020]步骤一、焊前，装夹固定背部增厚板4，然后固定两个待焊接母材2.3在背部增厚板4上，两个待焊接母材2.3对接放置，两对接面紧密贴合，移动搅拌头与对接面对齐；
[0021]步骤二、焊接过程中，搅拌头I高速旋转压入两个对接的待焊接母材2.3内，直至搅拌头的轴肩1-1与待焊接母材上表面接触，并保持0.1mm的下压量，同时搅拌针1_2部分插入背部增厚板4，搅拌头I沿对接面向前运动进行焊接，搅拌头转速为200r/min，焊接速度为10mm/min,焊后卸下焊接件完成焊接；
[0022]步骤三、根据需要保留增厚板或通过铣削的方式去除一定厚度的增厚板，如果铣削的板材厚度小于背部增厚板的厚度，就可以在下部的焊缝出现余高，提高接头的承载能力。
[0023]实施例2
[0024]结合图1说明本实施方式，背部增厚板4的材料与母材相同或者成分属于同一系的合金材料，其它步骤及参数与实施例1相同。
[0025]实施例3
[0026]结合图1说明本实施方式，搅拌头I的材质为工具钢、合金钢、不锈钢、硬质合金、镍基合金、钨基合金或多晶立方氮化硼等，其它步骤及参数与实施例1相同。
[0027]实施例4
[0028]如图1-2所示，本实施方式的一种背部增厚消除弱连接且适应板厚变化的搅拌摩擦焊方法按以下步骤实现:
[0029]步骤一、焊前，装夹固定背部增厚板4，然后固定两个待焊接母材2.3在背部增厚板4上，两个待焊接母材2.3对接放置，两对接面紧密贴合，移动搅拌头与对接面对齐；
[0030]步骤二、焊接过程中，搅拌头I高速旋转压入两个对接的待焊接母材2.3内，直至搅拌头的轴肩1-1与待焊接母材上表面接触，并保持0.5mm的下压量，同时搅拌针1_2部分插入背部增厚板4，搅拌头I沿对接面向前运动进行焊接，搅拌头转速为2500r/min，焊接速度为1000mm/min,焊后卸下焊接件完成焊接；
[0031]步骤三、根据需要保留增厚板或通过铣削的方式去除一定厚度的增厚板，如果铣削的板材厚度小于背部增厚板的厚度，就可以在下部的焊缝出现余高，提高接头的承载能力。
[0032]实施例5
[0033]结合图2说明本实施方式，两个待焊接母材2.3的厚度要小于搅拌针的长度，背部增厚板4的厚度可以按照需要进行适当选取，保证搅拌针1-2顶端处在增厚板4中，其它步骤及参数与实施例1相同。
【权利要求】
1.一种背部增厚消除弱连接且适应板厚变化的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，方法如下: 步骤一:焊前，装夹固定背部增厚板，然后固定两个待焊接母材在背部增厚板上，两待焊接母材对接放置，两对接面紧密贴合，移动搅拌头与对接面对齐； 步骤二:焊接过程中，搅拌头逆时针高速旋转压入对接板材内，直至搅拌头的轴肩与待焊接母材上表面接触，并保持0.1~0.5mm的下压量，同时搅拌头的搅拌针部分插入背部增厚板，搅拌头沿对接面向前运动进行焊接，焊后卸下焊接件完成焊接； 步骤三:焊后，根据需要保留增厚板或通过铣削的方式去除一定厚度的增厚板。
2.根据权利要求1所述的一种背部增厚且适应板厚变化的搅拌摩擦焊的方法，其特征在于:所述的背部增厚板的材料与待焊接母材相同或者成分属于同一系的合金材料。
3.根据权利要求1所述的一种背部增厚消除弱连接且适应板厚变化的搅拌摩擦焊方法，其特征在于:当铣削的板材厚度小于背部增厚板的厚度，就能够在下部的焊缝出现余闻，从而提闻接头的强度。
4.根据权利要求1所述的一种背部增厚消除弱连接且适应板厚变化的搅拌摩擦焊方法，其特征在于:所述的搅拌头的材质为工具钢、合金钢、不锈钢、硬质合金、镍基合金、钨基合金或多晶立方氮化硼。
5.根据权利要求1所述的一种背部增厚消除弱连接且适应板厚变化的搅拌摩擦焊方法，其特征在于:所述的步骤二中搅拌头轴肩压入待焊接母材的深度为0.1-0.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种背部增厚且适应板厚变化的搅拌摩擦焊的方法，其特征在于:所述的步骤二中搅拌头转速为200-2500r/min，焊接速度为10-1000mm/min。
7.根据权利要求1所述的一种背部增厚消除弱连接且适应板厚变化的搅拌摩擦焊方法，其特征在于:待焊接母材的厚度要小于搅拌针的长度。
【文档编号】B23K20/12GK103894726SQ201410102729
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】黄永宪, 黄体方, 万龙, 王耀彬, 吕世雄 申请人:哈尔滨工业大学