一种消除孔洞和环沟槽的非对称回填式搅拌摩擦点焊方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种回填式搅拌摩擦点焊方法，具体涉及一种消除孔洞和环沟槽的非对称回填式搅拌摩擦点焊方法。
【背景技术】
[0002]回填式搅拌摩擦点焊是一种新型固相连接技术，其采用分体式的焊具，包括压紧环、搅拌套和搅拌针。点焊过程分为搅拌套下扎和搅拌针回填两个阶段:在搅拌套下扎阶段，搅拌套以一定的速率匀速扎入被焊板材，同时搅拌针以另一速率匀速向上回抽。此时，被搅拌套搅拌的塑性金属进入搅拌针回抽所留下的搅拌套空腔内；在搅拌针回填阶段，搅拌套和搅拌针分别以上一阶段相同的速度但相反的运动方向分别向上回抽和下压，此时，搅拌针将搅拌套空腔内的塑性金属回压至焊点内。以上两个阶段可看作两个完全对称的过程，因此也可以称之为对称回填式搅拌摩擦点焊。此方法可获得表面平整的焊点，从而有效解决传统直插式搅拌摩擦焊点中心匙孔的存在而降低焊点有效结合面积的问题。
[0003]但是，在对称回填式搅拌摩擦点焊过程中，由于焊具各部件之间采用间隙配合，一部分塑性金属将无法避免的挤入间隙，从而造成金属的体积损失。这就导致在回填阶段剩余的塑性金属体积不足，无法填满搅拌套回抽所留下的间隙，从而产生根部孔洞和表面环沟槽缺陷，见图6。这些缺陷的存在会对焊点的力学性能造成不利影响，因此需要将其消除。
【发明内容】
[0004]本发明为解决现有对称回填式搅拌摩擦点焊过程中，回填阶段剩余的塑性金属体积不足，无法填满搅拌套回抽所留下的间隙，从而产生根部孔洞和表面环沟槽缺陷的问题，提供了一种消除孔洞和环沟槽的非对称回填式搅拌摩擦点焊方法。
[0005]本发明的一种消除孔洞和环沟槽的非对称回填式搅拌摩擦点焊方法是通过以下步骤实现的:
[0006]步骤一、设定焊具初始位置:将压紧环的下表面与被焊板材的上表面紧密接触，并调节搅拌套的下表面和搅拌针的下表面与压紧环的下表面处于同一水平面A，将此水平面A设定为点焊过程的零点，与此同时，搅拌套和搅拌针开始旋转；
[0007]步骤二、搅拌套下扎、搅拌针回抽:搅拌套以速度V1向下扎入被焊板材，直至到达预定扎入深度P，与此同时搅拌针以速度V2向上回抽，致使被搅拌套挤出的塑性金属的体积等于搅拌针回抽所形成的空腔的体积，此时，塑性金属进入并恰好填满搅拌针回抽时产生的空腔，其中搅拌套的扎入速度％为0.lmm/s?2mm/s，搅拌针的回抽速度V2= (D /-D22)V/D/，D1S搅拌套外径，D 2为搅拌针外径；
[0008]步骤三、塑性金属变速回填:搅拌套下扎结束后开始向上回抽，搅拌套向上回抽始终保持V1的速度，直至点焊结束，此步骤中搅拌针先以速度V3下压，V3= 1.1X (Di2-D22) V1/D22?2X (D J-D22) VD22，下压距离为 0.05X (D1^D22)P/D22~ 0.2X (D /-D22)P/D22，此后，搅拌针将速度V3降为V 2继续下压，直至搅拌针下表面与搅拌套下表面达到同一水平位置B，该水平位置B低于被焊板材上表面C，二者距离为H，至此，完成回填式搅拌摩擦点焊根部孔洞和表面环沟槽缺陷的非对称点焊。
[0009]本发明具有以下有益效果:
[0010]一、在塑性金属变速回填过程的初期，增加了搅拌针从搅拌套中心空腔内挤出的塑型金属的体积，从而将搅拌套回抽所形成的间隙填满。因此可以有效的消除焊点根部的孔洞缺陷。塑性金属变速回填后，搅拌套与搅拌针的下表面水平位置低于被焊板材上表面水平位置，这样可以有效补偿点焊过程中的金属体积损失，从而消除表面环沟槽缺陷。
[0011]二、本发明成功消除传统对称回填式搅拌摩擦点焊根部孔洞和表面环沟槽缺陷，从而提高焊接接头的力学性能，焊接接头的力学性能相比现有技术提高了 80%。
[0012]三、从图6可清楚的看出采用对称回填式搅拌摩擦点焊方法所得到的点焊接头在根部存在明显的孔洞N及表面存在明显的环沟槽M ;从图7可清楚的看出采用本发明的非对称回填式搅拌摩擦点焊方法所得到的点焊接头在根部没有孔洞N及表面也没有环沟槽。
【附图说明】
[0013]图1是本发明【具体实施方式】一中步骤一设定焊具初始位置时的焊具与被焊板材4的剖视图，其中D1S搅拌套外径，D 2为搅拌针外径；
[0014]图2是本发明【具体实施方式】一中步骤二搅拌套下扎搅拌针回抽过程中的焊具与被焊板材4的剖视图，P为搅拌套预定扎入深度；
[0015]图3是本发明【具体实施方式】一中步骤三塑性金属变速回填过程中，搅拌针以较高速度V3下压时，焊具与被焊板材的剖视图；
[0016]图4是本发明【具体实施方式】一中步骤三塑性金属变速回填过程中，搅拌针下压速度降为速度％时，焊具与被焊板材的剖视图；
[0017]图5是本发明【具体实施方式】一中步骤三塑性金属变速回填过程中，点焊过程完成时焊具与被焊板材的剖视图；
[0018]图6是未采用本发明的方法所得到的带有根部孔洞和表面环沟槽缺陷的铝合金搅拌摩擦点焊接头横截面宏观形貌图(图中标记M为环沟槽，标记N为孔洞)；
[0019]图7是采用本发明的方法所得到的无焊接缺陷的铝合金非对称回填式搅拌摩擦点焊接头横截面宏观形貌图。
【具体实施方式】
[0020]【具体实施方式】一:结合图1?图5说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的:
[0021]步骤一、设定焊具初始位置:将压紧环I的下表面与被焊板材4的上表面紧密接触，并调节搅拌套2的下表面和搅拌针3的下表面与压紧环I的下表面处于同一水平面A，将此水平面A设定为点焊过程的零点，与此同时，搅拌套2和搅拌针3开始旋转；见图1，
[0022]步骤二、搅拌套2下扎、搅拌针3回抽:搅拌套2以速度V1向下扎入被焊板材4，直至到达预定扎入深度P，与此同时搅拌针3以速度％向上回抽，致使被搅拌套2挤出的塑性金属的体积等于搅拌针3回抽所形成的空腔5的体积，此时，塑性金属进入并恰好填满搅拌针3回抽时产生的空腔5，其中搅拌套2的扎入速度 '为0.lmm/s?2mm/s，搅拌针3的回抽速度V2= (D J-D22) V1ZiD22，D1*搅拌套外径，D 2为搅拌针外径，见图2，；
[0023]步骤三、塑性金属变速回填:搅拌套2下扎结束后开始向上回抽，搅拌套2向上回抽始终保持速度，直至点焊结束，见图3，此步骤中搅拌针3先以速度V 3下压，V 3=1.1X (Dj-D22) V1ZD2L 2X (D J-D22) V/D/，见图 3，下压距离为 0.05X (D^-D22)P/D22?
0.2 X (D/-D/) P/D22，此后，搅拌针3将速度V3降为V 2继续下压，见图4，直至搅拌针3下表面与搅拌套2下表面达到同一水平位置B，见图5，该水平位置B低于被焊板材4上表面C，二者距离为H，见图5，至此，完成回填式搅拌摩擦点焊根部孔洞和表面环沟槽缺陷的非对称点焊。
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