一种铝合金和不锈钢的搅拌焊接方法与流程

本发明涉及焊接工艺领域,更具体地说，涉及一种铝合金和不锈钢的搅拌焊接方法。

背景技术：

原铝在市场供应中统称为电解铝，是生产铝材及铝合金材的原料。铝是强度低、塑性好的金属，除应用部分纯铝外，为了提高强度或综合性能，配成合金。铝中加入一种合金元素，就能使其组织结构和性能发生改变，适宜作各种加工材或铸造零件。经常加入的合金元素有铜、镁、锌、硅。

而不锈钢(stainlesssteel)是不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢；而将耐化学腐蚀介质(酸、碱、盐等化学浸蚀)腐蚀的钢种称为耐酸钢。

不锈钢和铝合金普遍具有可加工性能和热性能上的区别。铝相当柔软，易于切割和成型。而不锈钢的耐磨性和耐高温性更加突出。不锈钢比铝更硬，形成起来更难。不锈钢可以在比铝高得多的温度下使用，铝可以在大约400度以上变得非常柔软。

在这两者有较大区别的前提下，如果要实现对铝合金和不锈钢的焊接，目前的搅拌焊技术会使铝优先于不锈钢形变，两者软化程度不同导致铝合金侧加工时破坏较大，难以形成一个平整的焊缝。焊接处整体强度不够。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明目的是提供一种铝合金和不锈钢的搅拌焊接方法，以解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种铝合金和不锈钢的搅拌焊接方法，用于对待焊铝合金和待焊不锈钢之间形成的焊缝进行焊接，

提供搅拌焊装置，所述搅拌焊装置包括第一搅拌焊机构以及第二搅拌焊机构，所述第一搅拌焊机构设置有第一搅拌焊头，所述第二搅拌焊机构设置有第二搅拌焊头，所述搅拌焊装置工作时，分别带动第一搅拌焊机构和第二搅拌焊机构向所述焊缝移动，且所述第一搅拌焊机构带动第一搅拌焊头转动，所述第二搅拌焊机构带动第二搅拌焊头转动；

所述搅拌焊接方法具体包括焊接子策略，所述焊接子策略提供预埋焊接件，所述预埋焊接件为铝合金材质制成，所述预埋焊接件包括预埋部以及承接部，所述焊接子策略包括以下步骤：

预安装步骤，将所述预埋焊接件的预埋部插入所述焊缝同时使所述承接部的部分与待焊不锈钢的上表面贴合；

预焊步骤，通过第一搅拌机构的第一搅拌焊头对所述预埋焊接件进行搅拌焊，所述第一搅拌焊头进行搅拌焊时始终位于待焊不锈钢的上方；

实焊步骤，通过第二搅拌机构的第二搅拌焊头对所述焊缝进行搅拌焊，所述第二搅拌焊头进行搅拌焊时始终位于焊缝的上方。

在本发明中，进一步的，所述预埋焊接件与待焊铝合金的材质相同。

在本发明中，进一步的，还包括预热子策略，所述预热子策略包括将所述预埋焊接件加热至第一温度范围。

在本发明中，进一步的，所述的第一温度范围在130摄氏度-200摄氏度之间。

在本发明中，进一步的，所述预埋焊接件承接部的具有第一厚度值，所述第一厚度值小于4毫米，所述预焊步骤中所述第一搅拌机构配置第一控制策略，所述第一控制策略包括第一让位步骤以及第一进焊步骤，所述第一让位步骤控制所述第一搅拌焊头远离所述待焊不锈钢运动以使所述第一搅拌焊头和所述待焊不锈钢之间具有第一远离距离，所述第一远离距离大于4毫米，所述第一进焊步骤包括控制所述第一搅拌焊头靠近所述待焊不锈钢运动以使所述第一搅拌焊头与所述待焊不锈钢之间具有第一吃入距离，所述第一吃入距离小于2毫米。

在本发明中，进一步的，所述实焊步骤中所述第二搅拌机构配置第二控制策略，所述第二控制策略包括第二让位步骤以及第二进焊步骤，所述第二让位步骤控制所述第二搅拌焊头远离所述待焊不锈钢运动以使所述第二搅拌焊头和所述焊缝之间具有第二远离距离，所述第二远离距离大于1毫米，所述第二进焊步骤包括控制所述第二搅拌焊头靠近所述待焊不锈钢运动以使所述第二搅拌焊头压入所述焊缝第二压入距离，所述第二压入距离大于1毫米。

在本发明中，进一步的，所述预埋焊接件设置为多个，所述预安装步骤中，还包括将所述预埋焊接件插入焊缝时使所述预埋焊接件之间形成的让位间隙距离相等。

在本发明中，进一步的，当所述第一搅拌焊头离开所述预埋焊接件进入所述让位间隙时，执行所述第一让位步骤；当所述第一搅拌焊头离开所述让位间隙进入所述预埋焊接件时，执行所述第一进焊步骤。

在本发明中，进一步的，所述预埋焊接件设置为多个，所述预安装步骤中，还包括将所述预埋焊接件插入焊缝时使所述预埋焊接件之间形成的让位间隙距离相等。

在本发明中，进一步的，当所述第二搅拌焊头离开所述预埋焊接件进入所述让位间隙时，执行所述第二让位步骤；当所述第二搅拌焊头离开所述让位间隙进入所述预埋焊接件时，执行所述第二进焊步骤。

本发明技术效果主要体现在以下方面：

通过设置第一搅拌焊头和第二搅拌头分别对预埋焊接件的承接部以及预埋部进行搅拌焊，先通过第一搅拌焊头旋入搭接在待焊不锈钢上的承接部来使承接部升温，并通过承接部与第一搅拌焊头之间摩擦产生的热量来对待焊不锈钢进行预热，然后再通过第二搅拌头对焊缝进行搅拌焊，由于对待焊不锈钢进行了提前的预热处理，所以在第二搅拌头对焊缝进行搅拌焊时待焊不锈钢可与待焊铝合金同时达到热塑性状态同时软化，由此可保证在搅拌焊完成后形成焊缝的更加平整，连接性能更好。

附图说明

图1：本发明中的焊接状态时各部件的总体连接结构示意图；

图2：本发明中的预埋件与各搅拌头的放置示意图；

图3：本发明中的焊接状态的俯视示意图；

图4：本发明中焊接状态的剖切示意图；

图中：1、第一搅拌焊头；2、第二搅拌焊头；3、预埋焊接件；31、承接部；32、预埋部；4、间隙；5、待焊不锈钢；6、焊缝；7、待焊铝合金。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

一种铝合金和不锈钢的搅拌焊接方法，用于对待焊铝合金7和待焊不锈钢5之间形成的焊缝6进行焊接，

如图1至图4所示，提供搅拌焊装置，所述搅拌焊装置包括第一搅拌焊机构以及第二搅拌焊机构，所述第一搅拌焊机构设置有第一搅拌焊头1，所述第二搅拌焊机构设置有第二搅拌焊头2，所述搅拌焊装置工作时，分别带动第一搅拌焊机构和第二搅拌焊机构向所述焊缝6移动，且所述第一搅拌焊机构带动第一搅拌焊头1转动，所述第二搅拌焊机构带动第二搅拌焊头2转动；此搅拌装置为可为使用设置两组现有的搅拌焊接机，每组焊接机上设置有一组搅拌焊头，通过两组搅拌焊接机分别控制两组搅拌焊头进行焊接作业，同时也可以设置为一组搅拌焊接机，此搅拌焊接机上设置有至少两组独立作业的搅拌焊头，根据输入的预设控制程序各搅拌焊接头进行独立焊接工作。

所述搅拌焊接方法具体包括焊接子策略，所述焊接子策略提供预埋焊接件3，所述预埋焊接件3为铝合金材质制成，由于铝合金材质更加容易达到软化温度便于对待焊不锈钢5进行预热操作，同时对铝合金进行搅拌焊加工时也更加容易效率更高，由此预埋焊接件3使用铝合金材质制成。所述预埋焊接件3包括预埋部32以及承接部31，预埋部32穿设在焊缝6中，承接部31搭接在待焊不锈钢5表面，预埋部32和承接部31之间一体成型设置成l型，预埋部32的截面形状与焊缝6的截面形状相适应，所述焊接子策略包括以下步骤：

预安装步骤，将所述预埋焊接件3的预埋部32插入所述焊缝6并通过两组待焊接件之间的夹紧力对预埋部32进行夹紧，防止后期进行搅拌焊时承接部31出现位移。同时使所述承接部31的部分与待焊不锈钢5的上表面贴合；

预焊步骤，通过第一搅拌机构的第一搅拌焊头1对所述预埋焊接件3进行搅拌焊，所述第一搅拌焊头1进行搅拌焊时始终位于待焊不锈钢5的上方；通过第一搅拌焊头1对预埋焊接件3的承接部31进行摩擦搅拌焊接，通过第一搅拌焊头1与承接部31之间的摩擦生热使得承接部31的铝合金达到热塑性的状态，甚至可以继续升高温度至铝合金达到部分熔化的状态。由此通过此温度对待焊不锈钢5进行快速升温预热。在此过程中需要保证第一搅拌焊头1始终保持在待焊不锈钢5的上表面以上，防止第一搅拌焊头1对待焊不锈钢5上表面产生划伤破坏，进而影响第二搅拌焊头2对待焊不锈钢5与待焊铝合金7进行焊接时的质量。

实焊步骤，通过第二搅拌机构的第二搅拌焊头2对所述焊缝6进行搅拌焊，所述第二搅拌焊头2进行搅拌焊时始终位于焊缝6的上方。第二搅拌焊接头对焊缝6处进行搅拌焊接作业，将将经过第一搅拌焊接头预热后的待焊不锈钢5在于另一侧的待焊铝合金7焊接至一起，由于待焊不锈钢5已经过预热所以在第二搅拌焊头2进行搅拌焊时，可与待焊铝合金7同时达到热塑性的状态，由此同时处在热塑性状态的待焊铝合金7和待焊不锈钢5在搅拌针的搅拌下回相互融合至一起，并经过第二搅拌焊头2的锻压后形成焊缝6。

所述预埋焊接件3与待焊铝合金7的材质相同。此设置可保证在进行待焊不锈钢5与待焊铝合金7焊接时不参入第三种材料，并且由于铝合金的软化温度低，更加便于作为预热材料使用。

还包括预热子策略，所述预热子策略包括将所述预埋焊接件3加热至第一温度范围。所述的第一温度范围在130摄氏度-200摄氏度之间。可通过铝合金加热炉或加热器预先将预埋焊接件3加热至130摄氏度-200摄氏度之间，由此可便于第一搅拌焊头1更加快速的提高承接部31的温度，加快对待焊不锈钢5的预热速度，提高整体的焊接效率。

如图4所示，所述预埋焊接件3承接部31的具有第一厚度值，所述第一厚度值小于4毫米，所述预焊步骤中所述第一搅拌机构配置第一控制策略，所述第一控制策略包括第一让位步骤以及第一进焊步骤，所述第一让位步骤控制所述第一搅拌焊头1远离所述待焊不锈钢5运动以使所述第一搅拌焊头1和所述待焊不锈钢5之间具有第一远离距离，所述第一远离距离大于4毫米，此让位步骤是为了在每一次通过第一搅拌焊头1对承接部31焊接时，第一搅拌焊头1的初始位置始终保持在承接部31的上方，所述第一进焊步骤包括控制所述第一搅拌焊头1靠近所述待焊不锈钢5运动以使所述第一搅拌焊头1与所述待焊不锈钢5之间具有第一吃入距离，所述第一吃入距离小于2毫米。第一吃入距离即为搅拌针的端部穿入承接部31的距离，同时此第一吃入距离需要保证搅拌针的端部不会与待焊不锈钢5的上表面接触，由此可防止搅拌针对待焊不锈钢5表面的划损。另外搅拌头的轴肩部始终与承接部31的上表面相接触，以保证可相互摩擦产生热量。当所述第一搅拌焊头1离开所述预埋焊接件3进入所述让位间隙4时，执行所述第一让位步骤；当所述第一搅拌焊头1离开所述让位间隙4进入所述预埋焊接件3时，执行所述第一进焊步骤。

如图1和图3所示，设置此第一控制策略是由于在一条较长的焊缝6的焊接中需要设置多组预埋焊接件3，在预安装步骤中将多组所述预埋焊接件3插入焊缝6时使所述预埋焊接件3之间形成间距相等的让位间隙4距离。所以在每次第一搅拌焊头1焊接完成一组承接部31后会经过间隙4进入下一组的承接部31的搅拌焊加工中，为了保证承接部31不会由于第一搅拌焊头1的挤压出现位移所以第一搅拌焊头1需要通过执行第一控制策略来使每次第一搅拌焊头1对承接部31的焊接均是由承接部31的正上方逐渐下压穿入承接部31内的。

如图4所示，所述实焊步骤中所述第二搅拌机构配置第二控制策略，所述第二控制策略包括第二让位步骤以及第二进焊步骤，所述第二让位步骤控制所述第二搅拌焊头2远离所述待焊不锈钢5运动以使所述第二搅拌焊头2和所述焊缝6之间具有第二远离距离，所述第二远离距离大于1毫米，此1毫米即为搅拌针离开待焊不锈钢5上表面1毫米，所述第二进焊步骤包括控制所述第二搅拌焊头2靠近所述待焊不锈钢5运动以使所述第二搅拌焊头2压入所述焊缝6第二压入距离，所述第二压入距离大于1毫米。当所述第二搅拌焊头2离开所述预埋焊接件3进入所述让位间隙4时，执行所述第二让位步骤；当所述第二搅拌焊头2离开所述让位间隙4进入所述预埋焊接件3时，执行所述第二进焊步骤。此第二控制策略的设置也是由于所述预埋焊接件3设置为多组，为了避免第二搅拌焊头2在焊接时通过挤压造成预埋焊接件3的位移。此策略的设置与第一搅拌焊头1的第一控制策略的设置目的相同。虽然，各预埋焊接件3之间存在间隙4但是由于预埋焊接件3在升温软化后会有一定的体积膨胀，由此会将各间隙4进行充填已形成完整的焊缝6。

同时第一搅拌焊头1与第二搅拌焊头2之间需要保持一定的第一距离，此第一距离为以沿焊缝6的方向的长度计算，第一距离设置为5厘米-10厘米，由此可保证第二搅拌焊头2进行加工时被预热后的待焊不锈钢5的温度还保持在较高的水平。或者以上设置也可以为第一搅拌焊头1与第二搅拌焊头2加工同一区域时的前后时间间隔为10-20秒。

具体工作原理：

首先，将多组预埋焊接件3等间距安置与待焊不锈钢5与待焊铝合金7的工件的焊缝6中，然后再通过夹具将预埋焊接件3以及两组待焊接材料进行固定装夹。

然后，分别启动第一搅拌机构及第二搅拌机构对预埋焊接件3及焊缝6进行搅拌焊接作业。

待焊接完成后可根据要求将焊缝6表面的杂质进行铲除，以保证焊缝6表面的平整度。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。