專利名稱：上、下軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的自持式攪拌摩擦焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自持式攪拌摩擦焊接方法。
背景技術(shù)：
專利申請(qǐng)?zhí)枮?010102964802的發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種《上、下軸肩直徑不等的自持式攪拌摩擦焊接方法及其攪拌頭》，該申請(qǐng)攪拌頭采用的是下軸肩的直徑小于上軸 肩的直徑，焊接過(guò)程中，上軸肩與下軸肩的旋轉(zhuǎn)方向相同，且二者等速旋轉(zhuǎn)，下軸肩起到了 常規(guī)攪拌摩擦焊背部墊板的作用，但由于焊接過(guò)程中下軸肩與工件下表面產(chǎn)生較大的摩擦 力，增大了焊接熱輸入，并使被焊工件和攪拌針均承受較大的扭矩，易使工件變形和攪拌針 斷裂。此外，上、下軸肩同向旋轉(zhuǎn)會(huì)造成焊縫兩側(cè)材料流動(dòng)的不對(duì)稱，進(jìn)而引起攪拌摩擦焊 接溫度場(chǎng)、接頭組織和殘余應(yīng)力分布的不對(duì)稱，最終導(dǎo)致接頭性能不對(duì)稱，使焊接結(jié)構(gòu)的承 載能力降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上、下軸肩同向旋轉(zhuǎn)引起的焊接熱輸入大，工件易變形，攪 拌針存在斷裂傾向，焊縫區(qū)溫度場(chǎng)、接頭組織和殘余應(yīng)力分布不對(duì)稱，導(dǎo)致接頭性能不對(duì) 稱，降低了焊接結(jié)構(gòu)承載能力的問(wèn)題，提供一種上、下軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的自持式攪拌摩擦焊接 方法。本發(fā)明的方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、攪拌頭尺寸確定根據(jù)第一被焊工件和第二被焊工件的厚度確定上軸肩 直徑、攪拌針直徑及下軸肩直徑上軸肩直徑為被焊工件厚度的2. 8 3倍，攪拌針直徑為 被焊工件厚度的1 1. 25倍，下軸肩直徑為被焊工件厚度的2. 5 2. 7倍；步驟二、確定攪拌針的使用長(zhǎng)度調(diào)整上、下軸肩相對(duì)位置使上軸肩的下端面與下 軸肩的上端面之間的距離比工件厚度小0. Olmm 0. 6mm，該距離T即為攪拌針的使用長(zhǎng) 度；步驟三、固定第一被焊工件和第二被焊工件將第一被焊工件和第二被焊工件用 夾具固定在工作臺(tái)上；步驟四、攪拌頭定位將攪拌頭移至工件外側(cè)進(jìn)行定位，使上軸肩下端面與第一被 焊工件和第二被焊工件的上端面重合，或上軸肩下端面低于第一被焊工件和第二被焊工件 的上端面0. 01 0. 3mm，攪拌針的軸心線位于第一被焊工件與第二被焊工件的對(duì)接面處；步驟五、對(duì)第一被焊工件與第二被焊工件進(jìn)行攪拌摩擦焊接上軸肩與攪拌針為 一體制成，上軸肩的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘 3000轉(zhuǎn)/分鐘，下軸肩與上軸肩旋轉(zhuǎn)方向相反， 下軸肩的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘 3000轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌頭整體以20毫米/分鐘 1000毫米 /分鐘的焊接速度沿第一被焊工件與第二被焊工件的對(duì)接面長(zhǎng)度方向行走，直至焊接完成。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)一、上軸肩與攪拌針驅(qū)動(dòng)被焊材料沿某一旋向流動(dòng)，下軸肩 驅(qū)動(dòng)被焊材料沿相反方向流動(dòng)，上、下被焊材料逆向流動(dòng)會(huì)發(fā)生一定程度的中和，從而降低攪拌摩擦焊接頭組織與性能的不對(duì)稱性，提高攪拌摩擦焊接頭的力學(xué)性能。二、上軸肩和攪拌針對(duì)被焊材料的扭矩與下軸肩對(duì)被焊材料的扭矩發(fā)生部分抵消，從而降低攪拌頭整體對(duì) 被焊材料的扭矩作用，有利于降低裝夾要求，提高生產(chǎn)效率。三、下軸肩與攪拌針相互分離， 減小了焊接過(guò)程中攪拌針?biāo)惺艿呐ぞ?，從而降低了攪拌針的斷裂傾向。四、下軸肩直徑小 于上軸肩直徑，可以減小焊接過(guò)程中的熱輸入，從而降低接頭軟化程度。五、通過(guò)調(diào)整上、下 軸肩的相對(duì)位置，可以焊接多種厚度的工件。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
一中的步驟一中攪拌頭的結(jié)構(gòu)主剖視圖，圖2是本發(fā) 明具體實(shí)施方式
一中步驟四攪拌頭與第一被焊工件4和第二被焊工件5在焊接時(shí)的相對(duì)位 置示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是通過(guò)以下步驟實(shí) 現(xiàn)的步驟一、攪拌頭尺寸確定根據(jù)第一被焊工件4和第二被焊工件5的厚度t確定 上軸肩直徑Φ 1、攪拌針直徑Φ 2及下軸肩直徑Φ 3 上軸肩直徑Φ 1為被焊工件厚度t的 2. 8 3倍，攪拌針直徑Φ 2為被焊工件厚度t的1 1. 25倍，下軸肩直徑Φ 3為被焊工件 厚度t的2. 5 2. 7倍；根據(jù)第一被焊工件4和第二被焊工件5的厚度來(lái)選擇攪拌頭的各 部分的尺寸，以保證焊縫的成形及接頭質(zhì)量的穩(wěn)定性；步驟二、確定攪拌針的使用長(zhǎng)度調(diào)整上、下軸肩相對(duì)位置使上軸肩1的下端面與 下軸肩3的上端面之間的距離T比工件厚度t小0. Olmm 0. 6mm,該距離T即為攪拌針的 使用長(zhǎng)度；步驟三、固定第一被焊工件4和第二被焊工件5 將第一被焊工件4和第二被焊工 件5用夾具固定在工作臺(tái)上；第一被焊工件4與第二被焊工件5的上端面在同一平面內(nèi)；步驟四、攪拌頭定位將攪拌頭移至工件外側(cè)進(jìn)行定位，使上軸肩1下端面與第一 被焊工件4和第二被焊工件5的上端面重合，或上軸肩1下端面低于第一被焊工件4和第 二被焊工件5的上端面0. 01 0. 3mm，攪拌針2的軸心線位于第一被焊工件4與第二被焊 工件5的對(duì)接面處；上軸肩1下端面低于第一被焊工件4和第二被焊工件5上端面，以調(diào)整 上、下軸肩的受力情況；步驟五、對(duì)第一被焊工件4與第二被焊工件5進(jìn)行攪拌摩擦焊接上軸肩1與攪拌 針2為一體制成，上軸肩1的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘 3000轉(zhuǎn)/分鐘，下軸肩3與上軸肩1 轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，下軸肩3的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘 3000轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌頭整體以20毫米/ 分鐘 1000毫米/分鐘的焊接速度沿第一被焊工件4與第二被焊工件5的對(duì)接面長(zhǎng)度方 向行走，直至焊接完成。焊接時(shí)，上軸肩1的上端與焊機(jī)的上主軸相連接，下軸肩3的下端 與焊機(jī)的下主軸相連接，攪拌針完全穿透被焊工件對(duì)接面，這樣可以有效避免焊接根部缺 陷的形成。通過(guò)調(diào)整上軸肩1與下軸肩3的間隙，可以實(shí)現(xiàn)多種厚度工件的焊接。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟一中上軸肩 直徑φ 1為被焊工件厚度t的3倍，攪拌針直徑Φ 2為被焊工件厚度t的1倍，下軸肩直徑Φ 3為被焊工件厚度t的2. 8倍。上述攪拌頭尺寸可保證焊縫成形的穩(wěn)定性。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟二中上軸肩 1的下端面與下軸肩3的上端面之間的距離T比工件厚度t小0. 3mm。上述數(shù)值使得攪拌 摩擦焊接效果最佳。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟四中上軸肩1下端 面低于第一被焊工件4和第二被焊工件5的上端面0. 15mm。上述數(shù)值使得攪拌摩擦焊接效 果最佳。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟五中上軸肩 1的轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/分鐘，下軸肩3的轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/分，焊接速度為200毫米/分鐘。上 述焊接參數(shù)為攪拌摩擦焊的最佳工藝參數(shù)值。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟五中上軸肩 1的轉(zhuǎn)速均為800轉(zhuǎn)/分鐘，下軸肩3的轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，焊接速度為150毫米/分鐘。 上述焊接參數(shù)為攪拌摩擦焊的最佳工藝參數(shù)值。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟五中上軸肩 1的轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分鐘，下軸肩3的轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/分，焊接速度為100毫米/分鐘。上 述焊接參數(shù)為攪拌摩擦焊的最佳工藝參數(shù)值。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的攪拌頭由上軸肩 1、攪拌針2、下軸肩3組成，攪拌針2垂直于上軸肩1的下端面設(shè)置，且攪拌針2與上軸肩1 制成一體，下軸肩3套裝在攪拌針2的外表面上，且下軸肩3與攪拌針2可相對(duì)上、下滑動(dòng)， 下軸肩3的直徑小于上軸肩1的直徑。
權(quán)利要求
一種上、下軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的自持式攪拌摩擦焊接方法，其特征在于所述方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、攪拌頭尺寸確定根據(jù)第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)的厚度(t)確定上軸肩直徑(φ1)、攪拌針直徑(φ2)及下軸肩直徑(φ3)上軸肩直徑(φ1)為被焊工件厚度(t)的2.8～3倍，攪拌針直徑(φ2)為被焊工件厚度(t)的1～1.25倍，下軸肩直徑(φ3)為被焊工件厚度(t)的2.5～2.7倍；步驟二、確定攪拌針的使用長(zhǎng)度調(diào)整上、下軸肩相對(duì)位置使上軸肩(1)的下端面與下軸肩(3)的上端面之間的距離(T)比工件厚度(t)小0.01mm～0.6mm，該距離(T)即為攪拌針的使用長(zhǎng)度；步驟三、固定第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)將第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)用夾具固定在工作臺(tái)上；步驟四、攪拌頭定位將攪拌頭移至工件外側(cè)進(jìn)行定位，使上軸肩(1)下端面與第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)的上端面重合，或上軸肩(1)下端面低于第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)的上端面0.01～0.3mm，攪拌針(2)的軸心線位于第一被焊工件(4)與第二被焊工件(5)的對(duì)接面處；步驟五、對(duì)第一被焊工件(4)與第二被焊工件(5)進(jìn)行攪拌摩擦焊接上軸肩(1)與攪拌針(2)為一體制成，上軸肩(1)的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘～3000轉(zhuǎn)/分鐘，下軸肩(3)與上軸肩(1)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，下軸肩(3)的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘～3000轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌頭整體以20毫米/分鐘～1000毫米/分鐘的焊接速度沿第一被焊工件(4)與第二被焊工件(5)的對(duì)接面長(zhǎng)度方向行走，直至焊接完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述上、下軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的自持式攪拌摩擦焊接方法，其特征在于 步驟一中上軸肩直徑(Φ1)為被焊工件厚度(t)的3倍，攪拌針直徑(Φ2)為被焊工件厚 度⑴的1倍，下軸肩直徑(Φ 3)為被焊工件厚度⑴的2. 7倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述上、下軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的自持式攪拌摩擦焊接方法，其特征在于 步驟二中上軸肩(1)的下端面與下軸肩(3)的上端面之間的距離(T)比工件厚度(t)小 0. 3mmο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述上、下軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的自持式攪拌摩擦焊接方法，其特征在于 步驟四中上軸肩(1)下端面低于第一被焊工件(4)和第二被焊工件(5)的上端面0. 15mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述上、下軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的自持式攪拌摩擦焊接方法，其特征在于 步驟五中上軸肩(1)的轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/分鐘，下軸肩(3)的轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/分，焊接速度為 200毫米/分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述上、下軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的自持式攪拌摩擦焊接方法，其特征在于 步驟五中上軸肩(1)的轉(zhuǎn)速均為800轉(zhuǎn)/分鐘，下軸肩(3)的轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，焊接速度 為150毫米/分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述上、下軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的自持式攪拌摩擦焊接方法，其特征在于 步驟五中上軸肩(1)的轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分鐘，下軸肩(3)的轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/分，焊接速度為 100毫米/分鐘。
全文摘要
上、下軸肩逆向旋轉(zhuǎn)的自持式攪拌摩擦焊接方法，它涉及一種自持式攪拌摩擦焊接方法，以解決上、下軸肩直徑不相等、但同向等速旋轉(zhuǎn)，焊接過(guò)程中，存在焊接熱輸入大、工件易變形，攪拌針存在斷裂傾向，焊縫區(qū)溫度場(chǎng)、接頭組織和殘余應(yīng)力分布不對(duì)稱，導(dǎo)致接頭性能不對(duì)稱，降低了焊接結(jié)構(gòu)承載能力的問(wèn)題。方法一、攪拌頭尺寸確定根據(jù)第一被焊工件和第二被焊工件的厚度確定上軸肩、攪拌針及下軸肩的直徑；二、確定攪拌針使用長(zhǎng)度；三、固定第一被焊工件和第二被焊工件；四、攪拌頭定位；五、對(duì)第一被焊工件與第二被焊工件進(jìn)行攪拌摩擦焊接上軸肩與攪拌針為一體制成，下軸肩與上軸肩轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。本發(fā)明用于自持式攪拌摩擦焊接。
文檔編號(hào)B23K20/12GK101979209SQ201010563148
公開(kāi)日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者侯軍才, 劉會(huì)杰, 張超群, 趙運(yùn)強(qiáng) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)