專利名稱：一種高接頭性能的預(yù)拉伸攪拌摩擦焊的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦焊的工藝方法，尤其涉及一種基于形變熱處理原理的預(yù)拉伸攪拌摩擦焊工藝方法。該工藝方法可廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、造船、鐵路等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為“繼激光焊后又一次革命性的焊接技術(shù)”，攪拌摩擦焊具有低應(yīng)力、小變形、無常規(guī)熔焊缺陷、不需填充材料、耗能低與綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、汽車、造船、鐵路等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。與熔化焊方法相似，攪拌摩擦焊接頭亦存在軟化區(qū)，其為接頭的薄弱區(qū)域。在攪拌摩擦焊過程中，在攪拌針的劇烈攪拌作用下攪拌區(qū)域的晶粒為細(xì)小的等軸晶；而在熱影響區(qū)或熱機(jī)影響區(qū)的非攪拌區(qū)的晶粒在焊接熱的影響區(qū)會(huì)發(fā)生長大現(xiàn)象，造成晶粒尺寸大于母材區(qū)域，使接頭出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。因此，軟化現(xiàn)象對攪拌摩擦焊過程來說是不可避免的。近年來，研究者研究了焊接工藝參數(shù)的方法對接頭的軟化區(qū)范圍的影響，但效果不是特別明顯，而基于形變熱處理原理的預(yù)拉伸工藝與攪拌摩擦焊工藝相結(jié)合的方法未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決或減緩攪拌摩擦焊接頭的軟化現(xiàn)象，提出了預(yù)拉伸攪拌摩擦焊工藝方法。該方法采用在被焊工件的軟化區(qū)兩端施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力的來源由液壓螺栓拉力器提供且在焊接過程中保持不變，滑動(dòng)塊A、B、C、D均可調(diào)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)拉伸作用區(qū)域范圍的調(diào)節(jié)；其實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟一、將位于同一水平面上用工作臺上的夾具裝夾固定的焊件A與焊件B對接放置；步驟二、調(diào)整固定夾具上的滑塊A、滑塊B到焊接件的軟化區(qū)，用螺釘對焊件A與焊件B的一端夾緊固定；同時(shí)，活動(dòng)夾具在被焊工件的另一端實(shí)施夾持；步驟三、啟動(dòng)液壓螺栓拉伸器通過活動(dòng)夾具對被焊工件施加預(yù)拉力且保持扭矩大小不變；步驟四、攪拌頭的攪拌針以100 2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速扎入待焊部位；當(dāng)攪拌頭達(dá)到設(shè)定的下扎深度時(shí)，攪拌頭以50 2500mm/分的速度沿著焊件A與焊件B對接面水平方向移動(dòng)，直到焊接完成為止。本發(fā)明的有益效果該方法在焊接過程中，采用在熱影響區(qū)與熱機(jī)影響區(qū)的范圍內(nèi)的試件兩端施加預(yù)應(yīng)力，使此區(qū)域的材料在焊接過程中相當(dāng)于經(jīng)歷了一次類似于形變熱處理的過程，可起到細(xì)化晶粒，提高接頭性能的作用。該工藝為提高攪拌摩擦焊接頭性能提供了一個(gè)新的思路與方法?？捎糜阡X合金、鎂合金、鈦合金、鋼等金屬結(jié)構(gòu)件的連接。與常規(guī)攪拌摩擦焊相比，該工藝可進(jìn)一步提高接頭的拉伸性能與疲勞性能，使航空、航天等領(lǐng)域結(jié)構(gòu)件的等強(qiáng)度設(shè)計(jì)成為可能，可推動(dòng)攪拌摩擦焊技術(shù)在金屬結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用?？纱蟠筇岣呓宇^的拉伸與疲勞等性能，甚至接近或超過母材。


圖I是預(yù)拉伸攪拌摩擦焊接狀態(tài)示意2是預(yù)拉伸攪拌摩擦焊接過程示意圖(焊接前對焊接件軟化區(qū)實(shí)施預(yù)拉力)圖3是圖I中活動(dòng)夾具局部放大4是圖I中固定夾具局部放大中I.工作臺；2.焊件A ；3.焊件B ;4.活動(dòng)夾具；5.攪拌頭；6.固定夾具；7.液壓螺栓拉伸器；8.固定座A;9.可活動(dòng)夾持裝置；10.可調(diào)滑塊A、B;11.鎖緊螺釘A、B;12.固定座B; 13.可調(diào)滑塊C、D ; 14.鎖緊螺釘C、D。
具體實(shí)施例方式參看圖1-4，一種高接頭性能的預(yù)拉伸攪拌摩擦焊的工藝方法，該方法采用在被焊工件的軟化區(qū)兩端施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力的來源由液壓螺栓拉力器提供且在焊接過程中保持不變，滑動(dòng)塊A、B、C、D均可調(diào)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)拉伸作用區(qū)域范圍的調(diào)節(jié)；其實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟一、將位于同一水平面上用工作臺上的夾具裝夾固定的焊件A與焊件B對接放置；步驟二、調(diào)整固定夾具上的滑塊A、滑塊B到焊接件的軟化區(qū)，用螺釘對焊件A與焊件B的一端夾緊固定；同時(shí)，活動(dòng)夾具在被焊工件的另一端實(shí)施夾持；步驟三、啟動(dòng)液壓螺栓拉伸器通過活動(dòng)夾具對被焊工件施加預(yù)拉力且保持扭矩大小不變；步驟四、攪拌頭的攪拌針以100 2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速扎入待焊部位；當(dāng)攪拌頭達(dá)到設(shè)定的下扎深度時(shí)，攪拌頭以50 2500mm/分的速度沿著焊件A與焊件B對接面水平方向移動(dòng)，直到焊接完成為止。高接頭性能的預(yù)拉伸攪拌摩擦焊的工藝方法中使用的預(yù)拉伸攪拌摩擦焊裝置，它包括工作臺I、固定在工作臺兩端的夾具以及攪拌頭5，所述工作臺兩端的夾具，一端為活動(dòng)夾具4，另一端為固定夾具6 ;所述活動(dòng)夾具4上的液壓螺栓拉伸器7的軸心線與兩夾具的夾緊口在同一水平線上；所述活動(dòng)夾具4上的帶鎖緊螺釘?shù)膬蓧K可調(diào)滑塊A、B10，嵌在可活動(dòng)夾持裝置9的滑道內(nèi)；所述固定夾具6上的帶鎖緊螺釘?shù)膬蓧K可調(diào)滑塊C、D13，嵌在固定夾具一端的滑道內(nèi)。實(shí)施例步驟一、將焊件A2和焊件B3對接放置且位于同一水平面上(即將焊件A2和焊件 B3組對)，并用夾具裝夾在工作臺上I。所述焊件A2和焊件B3均為板材。步驟二、調(diào)整固定夾具6上的兩滑塊C、D13移到焊接件的軟化區(qū)，用扳手?jǐn)Q緊螺釘 C、D14對焊件A2和焊件B3實(shí)施夾持；同時(shí)，用同一方法對活動(dòng)夾具4在被焊工件的另一端實(shí)施夾持。其中固定座A8和固定座B12分別與工作臺I之間通過螺釘連接固定，可活動(dòng)夾持裝置9自身帶有螺桿并穿過固定座B12上的孔和液壓螺栓拉伸器7連接。步驟三、啟動(dòng)液壓螺栓拉伸器7，帶動(dòng)步驟二中所描述的可活動(dòng)夾持裝置9運(yùn)動(dòng)， 來對被焊工件施加預(yù)拉力且保持扭矩大小不變。其中液壓螺栓拉伸器7為成熟的成品件，可根據(jù)需要來調(diào)節(jié)扭矩大小。 步驟四、攪拌頭5的攪拌針以100 2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速扎入待焊部位(即焊件A 和焊件B對接面)；當(dāng)攪拌頭5達(dá)到設(shè)定的下扎深度(一般為O. 2 O. 5_)時(shí)，攪拌頭以 50 2500mm/分的速度沿著焊件A和焊件B對接面水平方向移動(dòng)，直到焊接完成為止。
權(quán)利要求
1.一種高接頭性能的預(yù)拉伸攪拌摩擦焊的工藝方法，該方法采用在被焊工件的軟化區(qū)兩端施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力的來源由液壓螺栓拉力器提供且在焊接過程中保持不變，滑動(dòng)塊 A、B、C、D均可調(diào)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)拉伸作用區(qū)域范圍的調(diào)節(jié)；其實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟一、將位于同一水平面上用工作臺上的夾具裝夾固定的焊件A與焊件B對接放置；步驟二、調(diào)整固定夾具上的滑塊A、滑塊B到焊接件的軟化區(qū)，用螺釘對焊件A與焊件B 的一端夾緊固定；同時(shí)，活動(dòng)夾具在被焊工件的另一端實(shí)施夾持；步驟三、啟動(dòng)液壓螺栓拉伸器通過活動(dòng)夾具對被焊工件施加預(yù)拉力且保持扭矩大小不變；步驟四、攪拌頭的攪拌針以100 2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速扎入待焊部位；當(dāng)攪拌頭達(dá)到設(shè)定的下扎深度時(shí)，攪拌頭以50 2500mm/分的速度沿著焊件A與焊件B對接面水平方向移動(dòng)，直到焊接完成為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高接頭性能的預(yù)拉伸攪拌摩擦焊的工藝方法中使用的預(yù)拉伸攪拌摩擦焊裝置，它包括工作臺(I)、固定在工作臺兩端的夾具以及攪拌頭(5)，其特征在于所述工作臺兩端的夾具，一端為活動(dòng)夾具(4)，另一端為固定夾具￠);所述活動(dòng)夾具(4)上的液壓螺栓拉伸器(7)的軸心線與兩夾具的夾緊口在同一水平線上；所述活動(dòng)夾具(4)上的帶鎖緊螺釘?shù)膬蓧K可調(diào)滑塊A、B (10)，嵌在可活動(dòng)夾持裝置(9)的滑道內(nèi)；所述固定夾具(6)上的帶鎖緊螺釘?shù)膬蓧K可調(diào)滑塊C、D (13)，嵌在固定夾具一端的滑道內(nèi)。
全文摘要
一種高接頭性能的預(yù)拉伸攪拌摩擦焊的工藝方法，并設(shè)計(jì)了適用于此工藝的預(yù)拉伸攪拌摩擦焊裝置。本發(fā)明可解決或減緩攪拌摩擦焊接頭的軟化現(xiàn)象，在熱影響區(qū)與熱機(jī)影響區(qū)范圍內(nèi)的被焊工件兩端施加預(yù)應(yīng)力，起到細(xì)化晶粒的作用，進(jìn)而大大提高接頭的拉伸與疲勞等性能。將焊件A和焊件B對接裝夾在工作臺上；調(diào)整固定夾具上的滑塊A、滑塊B和活動(dòng)夾具上的滑塊C、滑塊D到焊接件的軟化區(qū)并實(shí)施夾持；啟動(dòng)液壓螺栓拉伸器通過活動(dòng)夾具對被焊工件施加預(yù)拉力且保持扭矩大小不變。攪拌頭的攪拌針以100～2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速扎入待焊部位，當(dāng)攪拌頭達(dá)到設(shè)定的下扎深度時(shí)，攪拌頭以50～2500mm/分的速度沿著焊縫方向移動(dòng)。本發(fā)明中活動(dòng)夾具和固定夾具上的滑塊可根據(jù)軟化區(qū)的不同位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，液壓螺栓拉伸器為成品件，具有可靠性高，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B23K20/26GK102581472SQ20121005905
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者呂贊, 姬書得, 岳玉梅, 張利國, 李亮, 鄒愛麗 申請人:沈陽航空航天大學(xué)