一种底部施加超声振动的搅拌摩擦焊接装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种搅拌摩擦焊接装置及方法，具体涉及一种底部施加超声振动的搅拌摩擦焊接装置及方法，属于焊接技术领域。
【背景技术】
[0002]搅拌摩擦焊是一种新型的固相连接技术，具有焊接变形小、接头质量高和绿色节能等优点。但焊缝内部“漏斗状”的温度分布是搅拌摩擦焊的固有特征，这使得焊缝根部温度较低，塑性金属流动不充分，易导致焊缝根部出现弱连接等缺陷，从而降低接头力学性會泛。
[0003]在搅拌摩擦焊过程中，将外加超声振动能量引入焊缝，既能降低金属流变应力，促进金属流动，降低弱连接倾向，又能使焊缝组织细化和均匀化，提高接头性能。但施加超声振动能量的方式不同，其作用效果也不同。专利CN1836820A公开了一种超声搅拌摩擦焊接方法及其装置，搅拌头的轴肩和搅拌针采用分体制造，并将搅拌针连接于超声系统的变幅杆，使超声振动能量通过搅拌针由上至下沿轴向传递至焊缝。随后，专利CN102744516A公开了一种超声振动辅助搅拌摩擦焊工艺及装置，其与前者不同的是，超声振动施加于搅拌头前方的工件上部，超声振动能量通过换能器由上至下沿焊接方向传递至焊缝。二者的共同特点是，超声振动能量由上至下向焊缝传递，导致焊缝上部受超声振动作用较强而根部较弱，尤其是厚板焊接，焊缝跟部的超声作用更弱。
[0004]综上所述，为了提高超声振动在焊缝根部的作用效果，本发明提出一种底部施加超声振动的搅拌摩擦焊装置及方法来促进焊缝根部金属流动，从而降低弱连接倾向，提高接头力学性能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种底部施加超声振动的搅拌摩擦焊装置及方法，将超声振动能量从底部施加在搅拌针周围的被焊工件上，利用超声振动降低金属的变形抗力，促进焊缝根部金属的流动，从而达到提高焊接质量的目的。
[0006]本发明的技术方案是:一种底部施加超声振动的搅拌摩擦焊接装置，它包括搅拌头、工作台、支撑底座、装卡工具和超声振动装置，
[0007]工作台沿焊接方向加工出矩形槽；矩形槽内设置支撑底座，且支撑底座的上端面与工作台的上端面同高，支撑底座的中心加工有圆形通孔，在焊接过程中，来自轴向的压力主要由支撑底座承受；超声振动装置固定在工作台下方并与支撑底座中心圆形通孔同轴设置，焊接过程中，超声振动装置将超声振动能量从底部垂直施加在搅拌针周围的被焊工件上，被焊工件通过装卡工具卡装在工作台上。
[0008]本发明的一种底部施加超声振动的搅拌摩擦焊接方法是按照以下步骤实现的:
[0009]步骤一、支撑底座的固定:
[0010]将支撑底座固定在工作台的矩形槽内，支撑底座与工作台同高，支撑底座两侧与矩形槽两侧保持l_5mm间隙以防止焊接过程中的相互摩擦，支撑底座上的通孔位于搅拌头的正下方；
[0011]步骤二、超声振动装置的固定:
[0012]将超声振动装置固定在支撑底座下方，超声振动装置的端部进入支撑底座的中心通孔，且超声振动装置的上端面与工作台的上端面处于同一水平面上，端部与通孔保持过渡配合；
[0013]步骤三、搅拌摩擦焊接:
[0014]将被焊工件固定在工作台上，设置焊接工艺参数，打开超声振动装置，进行搅拌摩擦焊接，焊接完成后关闭超声振动装置，超声振动装置电源功率为100-3000W、频率为20_60KHz、振幅为 5-60 μπι。
[0015]本发明与现有技术相比具有以下效果:
[0016]本发明实现了超声振动能量从焊缝根部导入，克服了超声振动从焊缝上部施加导致的能量衰减致使根部受超声振动影响较弱的问题，显著增强了焊缝根部塑性金属的流动，降低弱连接倾向，提高接头性能。
【附图说明】
[0017]图1为本发明装置示意图，其中1为搅拌头，2为工作台，3为工作台的矩形槽，4为支撑底座，5为装卡工具，6为超声振动装置，7为被焊工件。
【具体实施方式】
[0018]【具体实施方式】一:结合图1说明本实施方式，本实施方式包括搅拌头1、工作台2、支撑底座4、装卡工具5和超声振动装置6，
[0019]工作台2沿焊接方向加工出矩形槽3 ;矩形槽3内设置支撑底座4，且支撑底座4的上端面与工作台2的上端面同高，支撑底座4的中心加工有圆形通孔，在焊接过程中，来自轴向的压力主要由支撑底座4承受；超声振动装置6固定在工作台2下方并与支撑底座4中心圆形通孔同轴设置，焊接过程中，超声振动装置6将超声振动能量从底部垂直施加在搅拌针周围的被焊工件7上，被焊工件7通过装卡工具5卡装在工作台2上。
[0020]【具体实施方式】二:结合图1说明本实施方式，本实施方式的焊接方法包括以下步骤:
[0021]步骤一、支撑底座的固定:
[0022]将支撑底座4固定在工作台的矩形槽3内，支撑底座4与工作台2同高，支撑底座4两侧与矩形槽3两侧保持l_5mm间隙以防止焊接过程中的相互摩擦，支撑底座4上的通孔位于搅拌头1的正下方；
[0023]步骤二、超声振动装置的固定:
[0024]将超声振动装置6固定在支撑底座4下方，超声振动装置6的端部进入支撑底座4的中心通孔，且超声振动装置6的上端面与工作台2的上端面处于同一水平面上，端部与通孔保持过渡配合；
[0025]步骤三、搅拌摩擦焊接:
[0026]将被焊工件7固定在工作台2上，设置焊接工艺参数，打开超声振动装置6，进行搅拌摩擦焊接，焊接完成后关闭超声振动装置6，超声振动装置6电源功率为100-3000W、频率为 20-60KHz、振幅为 5-60 μ m。
[0027]【具体实施方式】三:结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤三中超声振动装置6电源功率为2000W。如此设置，可以在被焊工件7能承受的范围内将更多的超声振动能量从底部施加在焊缝上。其它组成和连接关系与【具体实施方式】二相同。
[0028]【具体实施方式】四:结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤三中超声振动装置6频率为20kHz。如此设置，可以降低超声波在传播过程中的衰减。其它组成和连接关系与【具体实施方式】三相同。
[0029]【具体实施方式】五:结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤三中超声振动装置6振幅为40μπι。如此设置，可以有增强进焊缝根部金属的流动性。其它组成和连接关系与【具体实施方式】四相同。
[0030]虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但并非用以限定本发明的保护范围，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中。当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。
【主权项】
1.一种底部施加超声振动的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于:它包括搅拌头(1)、工作台(2)、支撑底座(4)、装卡工具(5)和超声振动装置￠)，工作台(2)沿焊接方向加工出矩形槽(3);矩形槽(3)内设置支撑底座(4)，且支撑底座(4)的上端面与工作台(2)的上端面同高，支撑底座(4)的中心加工有圆形通孔，在焊接过程中，来自轴向的压力主要由支撑底座(4)承受；超声振动装置￠)固定在工作台(2)下方并与支撑底座(4)中心圆形通孔同轴设置，焊接过程中，超声振动装置(6)将超声振动能量从底部垂直施加在搅拌针周围的被焊工件(7)上，被焊工件(7)通过装卡工具(5)固定在工作台(2)上。2.一种使用权利要求1所述的底部施加超声振动的搅拌摩擦焊接装置的方法，其特征在于:该方法包括以下步骤: 步骤一、支撑底座的固定: 将支撑底座(4)固定在工作台的矩形槽(3)内，支撑底座(4)与工作台(2)同高，支撑底座(4)两侧与矩形槽(3)两侧保持1-5_间隙以防止焊接过程中的相互摩擦，支撑底座(4)上的通孔位于搅拌头(1)的正下方； 步骤二、超声振动装置的固定: 将超声振动装置￠)固定在支撑底座(4)下方，超声振动装置￠)的端部进入支撑底座(4)的中心通孔，且超声振动装置￠)的上端面与工作台(2)的上端面处于同一水平面上，端部与通孔保持过渡配合； 步骤三、搅拌摩擦焊接: 将被焊工件(7)固定在工作台(2)上，设置焊接工艺参数，打开超声振动装置(6)，进行搅拌摩擦焊接，焊接完成后关闭超声振动装置￠)，超声振动装置￠)电源功率为100-3000W、频率为 20-60KHz、振幅为 5-60 μπι。3.根据权利要求2所述的一种使用底部施加超声振动的搅拌摩擦焊接装置的方法，其特征在于:步骤三中超声振动装置￠)电源功率为2000W。4.根据权利要求3所述的一种使用底部施加超声振动的搅拌摩擦焊接装置的方法，其特征在于:步骤三中超声振动装置(6)频率为20kHz。5.根据权利要求4所述的一种使用底部施加超声振动的搅拌摩擦焊接装置的方法，其特征在于:步骤三中超声振动装置(6)振幅为40 μπι。
【专利摘要】一种底部施加超声振动的搅拌摩擦焊接装置及方法，它涉及一种搅拌摩擦焊接装置及方法。本发明将超声从底部施加在搅拌针周围的被焊工件上，利用超声振动降低金属的变形抗力促进焊缝根部金属的流动，降低弱连接倾向，从而达到提高焊接质量的目的。装置：在工作台沿焊接方向加工出矩形槽，矩形槽内设置支撑底座，支撑底座的中心加工有圆形通孔，在焊接过程中，来自轴向的压力主要由支撑底座承受；超声振动装置固定在工作台下方，焊接过程中，超声振动装置将超声振动能量从底部垂直施加在搅拌针周围的被焊工件上。方法：步骤一、支撑底座的固定；步骤二、超声振动装置的固定；步骤三、搅拌摩擦焊接。本发明用于焊接领域。
【IPC分类】B23K20/12, B23K20/10
【公开号】CN105397277
【申请号】CN201511009357
【发明人】刘会杰, 胡琰莹, 曾凡勇, 王欢, 李继超
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月28日