一种焊接方法与流程

本发明涉及一种焊接方法，特别涉及一种基于搅拌摩擦焊和钎焊的铝合金焊接方法，该方法适用于飞机的蒙皮壁板和加强筋条之间的焊接。

背景技术：

在大型飞机机身制造中，Z型、L型加强筋条和蒙皮壁板之间的搭接结构非常普遍。目前主要采用铆钉进行连接，制造过程需要制孔、扩孔、涂胶和铆接等多道工序，而且每个铆接点都是一个独立的操作过程，铆接点的一致性较差。在压弯试验中，飞机蒙皮和筋条铆接结构件以铆接点的整体破坏形式失效，很容易引起飞机结构的连锁破坏反应，后果非常严重。在新型大飞机的机身蒙皮结构制造中，已经开始用搅拌摩擦焊搭接纵缝代替铆接。这种以焊代铆的制造方法具有减重和提高结构整体性的优势。基于搅拌摩擦焊在飞机制造和装配中的诸多优点，世界范围内的飞机制造公司如空客、波音等。

飞机结构是承受循环载荷的载体，尤其是蒙皮与长桁的连接结构受到各方面作用力的影响，对搭接接头的性能要求十分严格。常规搅拌摩擦焊接头由于其界面氧化物的存在和流动，易于存在界面缺陷，其主要包括界面畸变和减薄。这种界面缺陷作为一种潜在裂纹源存在于搭接界面区域。在飞机结构承载作用下，有可能会影响飞机结构零件的疲劳性能和使用寿命。搭接界面缺陷是影响接头腐蚀性能的主要因素，这种缺陷采用传统的检测方法很难进行检测，因此潜在的危害性很大。

技术实现要素：

本发明提供了一种焊接方法，其目的是在焊接的过程中通过密封剂填充焊接界面，提高接头的抗腐蚀性能和力学性能。

本发明所采用的技术方案为：

一种焊接方法，包括以下步骤：

S1：将第一焊件的焊接端与第二焊件的焊接端搭接；

S2：在所述第一焊件的焊接端与所述第二焊件的焊接端之间放置密封剂；

S3：从所述第一焊件或/和所述第二焊件的外侧，对所述第一焊件的焊接端与所述第二焊件的焊接端进行搅拌摩擦焊接；

S4：焊接过程中产生的热量将所述密封剂溶化，被溶化的所述密封剂将所述第一焊件的焊接端与所述第二焊件的焊接端润湿，并与所述第一焊件的焊接端与所述第二焊件的焊接端相互溶解，用以填充所述第一焊件的焊接端与所述第二焊件的焊接端的焊接间隙。

进一步的，步骤S1中，所述第一焊件的厚度和所述第二焊件的厚度均为1～3mm。

进一步的，步骤S1中，所述第一焊件的材质和所述第二焊件的材质均为铝合金。

进一步的，步骤S1中，所述第一焊件的形状为Z型或L型。

进一步的，步骤S2中，所述密封剂包括第一密封剂和第二密封剂，所述第一密封剂和所述第二密封剂均位于所述第一焊件的焊接端与所述第二焊件的焊接端之间，且所述第一密封剂和所述第二密封剂之间具有间隙。

进一步的，步骤S2中，所述第一密封剂和所述第二密封剂相平行，且所述第一密封剂的轴线与所述第一焊件的轴线相垂直。

进一步的，步骤S2中，所述间隙的宽度为4～8mm；所述密封剂的厚度为0.5～1.0mm。

进一步的，步骤S2中，所述密封剂为铝合金钎料，所述密封剂的熔点低于所述第一焊件的熔点和所述第二焊件的熔点。

进一步的，步骤S3中，在所述第一焊件的焊接端或所述第二焊件的焊接端上设定有与所述间隙垂直对应的焊缝，搅拌摩擦焊机的搅拌针在搅拌头的带动下高速旋转，并从所述第一焊件或/和所述第二焊件的外侧，沿着所述焊缝对所述第一焊件的焊接端与所述第二焊件的焊接端进行搅拌摩擦焊接。

进一步的，步骤S3中，所述搅拌摩擦焊机的焊接速度为100～200mm/s，所述搅拌摩擦焊机的转速为400～600r/s。

本发明的有益效果：

利用焊接过程中产生的热量将密封剂溶化，被溶化的密封剂将第一焊件的焊接端与第二焊件的焊接端润湿，并与第一焊件的焊接端与第二焊件的焊接端相互溶解，用以填充第一焊件的焊接端与第二焊件的焊接端的焊接间隙，提高了焊接接头的抗腐蚀性能和力学性能。

附图说明

图1是本发明一实施例的第一种焊接状态示意图；

图2是本发明一实施例的第二种焊接状态示意图；

图3是本发明密封剂一实施例的第一状态示意图；

图4是本发明密封剂一实施例的第二状态示意图。

其中：1.第一焊件、2.第二焊件、3.密封剂、31.第一密封剂、32.第二密封剂、4.间隙、5.搅拌摩擦焊机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，给出具体实施例的描述，但不作为对本发明的任何限定。

参见图1至图4，一种焊接方法，包括以下步骤：

S1：将第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端搭接；

S2：在第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端之间放置密封剂3；

S3：从第一焊件1或/和第二焊件2的外侧，对第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端进行搅拌摩擦焊接；

S4：焊接过程中产生的热量将密封剂3溶化，被溶化的密封剂3将第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端润湿，并与第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端相互溶解，用以填充第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端的焊接间隙4。

通过上述方法，利用焊接过程中产生的热量将密封剂3溶化，被溶化的密封剂3将第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端润湿，并与第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端相互溶解，用以填充第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端的焊接间隙4，提高了焊接接头的抗腐蚀性能和力学性能。

一种较佳的实施方式中，步骤S1中，第一焊件1的厚度和第二焊件2的厚度均为1～3mm，优选地，第一焊件1的厚度和第二焊件2的厚度均为2mm。第一焊件1的材质和第二焊件2的材质均为铝合金。第一焊件1的形状为平板、Z型或L型。

一种较佳的实施方式中，步骤S2中，密封剂3包括第一密封剂31和第二密封剂32，第一密封剂31和第二密封剂32均位于第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端之间，且第一密封剂31和第二密封剂32之间具有间隙4。

一种较佳的实施方式中，步骤S2中，第一密封剂31和第二密封剂32相平行，且第一密封剂31的轴线与第一焊件1的轴线相垂直。

一种较佳的实施方式中，步骤S2中，间隙4的宽度为4～8mm，优选地，间隙4的宽度为6mm，为溶化后的密封液提供了足够的流动空间，便于填充第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端的焊接间隙4；密封剂3的厚度为0.5～1.0mm，优选地，密封剂3的厚度为0.8mm。

一种较佳的实施方式中，步骤S2中，密封剂3为铝合金钎料，其具有合适的熔点，比第一焊件1的熔点和第二焊件2的熔点低，确保在焊接的过程中，密封剂3溶化后，第一焊件1和第二焊件2尚未溶化，溶化后的密封液能够将第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端润湿，并与第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端相互溶解，用以填充第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端的焊接间隙4，从而提高了焊接接头的抗腐蚀性能和力学性能；具有良好的润湿性、流动性和热稳定性，能够与第一焊件1或第二焊件2的原子相互扩散，形成较为牢固的焊接接头。

一种较佳的实施方式中，步骤S3中，在第一焊件1的焊接端或第二焊件2的焊接端上设定有与间隙4垂直对应的焊缝，搅拌摩擦焊机5的搅拌针在搅拌头的带动下高速旋转，搅拌针从第一焊件1或/和第二焊件2的外侧，沿着焊缝对第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端进行搅拌摩擦焊接。其中，搅拌针为锥形结构，带有右旋螺纹，长为2.5mm；搅拌头的轴肩为同心圆环结构，轴肩直径为8mm。

一种较佳的实施方式中，步骤S3中，搅拌摩擦焊机5的焊接速度为100～200mm/s，优选地，搅拌摩擦焊机5的焊接速度为150mm/s；搅拌摩擦焊机5的转速为400～600r/s，优选地，搅拌摩擦焊机5的转速为500r/s。

本发明的焊接方法是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针沿着第一焊件1和第二焊件2的焊缝，通过搅拌头的高速旋转，使搅拌针同时与第一焊件1、第二焊件2摩擦生热，从而使焊接部位的材料温度升高软化，焊接过程中产生的热量将密封剂3溶化，被溶化的密封剂3将第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端润湿，并与第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端相互溶解，用以填充第一焊件1的焊接端与第二焊件2的焊接端的焊接间隙4；并用于防止塑性状态材料的溢出，同时可以起到清除表面氧化膜的作用。

本发明不局限于上述最佳实施方式，本领域技术人员在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。