專利名稱：預(yù)填絲攪拌摩擦焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦焊接方法，具體涉及一種預(yù)填絲攪拌摩擦焊接方法。
背景技術(shù)：
自英國焊接研究所(TWI)于1991年發(fā)明了攪拌摩擦焊接方法以來，這項技術(shù)因其焊接變形小、殘余應(yīng)力小，無需保護(hù)氣體和填充材料，可消除氣孔、夾雜、裂紋等焊接缺陷，以及不產(chǎn)生弧光、煙塵、噪音污染等，同時能顯著降低成本、節(jié)省材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、減輕飛行器的結(jié)構(gòu)重量等特點受到各國科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注。由于這項技術(shù)具有很多其他方法所不具備的顯著特點，它很快就被用于航天領(lǐng)域，新一代運(yùn)載火箭芯級貯箱筒段縱縫的焊接就是選用這種方法。盡管利用攪拌摩擦焊接方法可以獲得高質(zhì)量的焊接接頭，但是在實際攪拌摩擦焊接過程中，主軸與工件間存在一定傾角，同時還需要一定的壓入量才能得到可靠的焊縫，并伴隨飛邊缺陷的產(chǎn)生，造成了接頭處的厚度低于母材厚度，在一些工程應(yīng)用中，有飛邊和減薄的焊件必須經(jīng)過再次機(jī)械加工才能應(yīng)用于產(chǎn)品。同時，軸肩與被焊接材料之間的摩擦是主要的產(chǎn)熱方式，使得需要較大的軸向力才能產(chǎn)生足夠的熱并保證良好的焊縫成形，設(shè)備和夾具都需具有足夠的剛度以保證工件的牢固裝夾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有攪拌摩擦焊過程中的焊縫有效厚度減薄的問題，而提供一種預(yù)填絲攪拌摩擦焊接方法。所述預(yù)填絲攪拌摩擦焊接方法是按照以下步驟實現(xiàn)的步驟一、裝夾被焊工件將第一被焊工件和第二被焊工件對接設(shè)置且二者位于同一水平面內(nèi)，并用夾具裝夾在工作臺上，所述第一被焊工件和第二被焊工件均為金屬板材；步驟二、預(yù)填絲起始段焊接將焊槍置于兩被焊工件接縫的起始位置，采用TIG或MIG焊接方法沿第一被焊工件與第二被焊工件的焊接方向進(jìn)行預(yù)填絲焊接，焊接長度為IOmm 100mm,焊接電流為IOA 200A,焊槍行走速度為O. lm/min I. Om/min,此時攪拌頭位于預(yù)填絲的起始位置靜止不動；步驟三、攪拌頭下壓深度的確定在預(yù)填絲的起始位置，將攪拌頭壓入被焊工件，攪拌頭的攪拌針以400轉(zhuǎn)/分 1500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速壓入接縫的起始位置，半圓柱形靜止軸肩套靜止；攪拌頭的壓入速度為lmm/min 10mm/min，攪拌針的壓入工件深度比工件厚度小O. 05mm O. 15mm,軸肩壓入工件深度為Omm O. Imm,半圓柱形靜止軸肩套壓入工件的深度為Omm O. 05臟；步驟四、預(yù)填絲和攪拌摩擦焊接攪拌頭達(dá)到步驟三設(shè)定的下壓深度時，焊槍采用TIG或MIG焊接方法沿焊接方向進(jìn)行預(yù)填絲焊接，焊接電流為IOA 200A，焊槍行走速度為
O.lm/min I. Om/min,攪拌頭與焊槍同步進(jìn)行攪拌摩擦焊接,焊槍至焊縫結(jié)束位置,熄弧,預(yù)填絲焊接結(jié)束，攪拌摩擦焊繼續(xù)沿已預(yù)填絲的焊縫進(jìn)行攪拌摩擦焊，直到攪拌摩擦焊焊接至焊縫結(jié)束位置，攪拌頭提起，結(jié)束預(yù)填絲攪拌摩擦焊過程。本發(fā)明有如下優(yōu)點一、在普通攪拌摩擦焊的基礎(chǔ)上，引入了預(yù)填絲焊槍，通過TIG或MIG對焊縫進(jìn)行預(yù)填絲，增加焊縫余高，從而解決常規(guī)攪拌摩擦焊存在的焊縫有效厚度的減薄等問題。二、預(yù)填絲方法可以對試件進(jìn)行預(yù)定位，防止攪拌摩擦焊過程中，在擠壓的作用下使兩試件分離，焊縫中心線位置有空隙，焊縫成形金屬不足的現(xiàn)象；三、TIG或MIG預(yù)填絲過程與攪拌摩擦焊過程同步，預(yù)填絲過程具有預(yù)熱焊縫的作用，提高了攪拌摩擦焊的焊接速度；四、本發(fā)明可得到光滑的焊縫，有效解決了常規(guī)攪拌摩擦焊焊縫表面的魚鱗紋，適用于攪拌摩擦焊相關(guān)領(lǐng)域的需求。


圖I是本發(fā)明的預(yù)填絲攪拌摩擦焊接方法示意圖；圖2是本發(fā)明具體實施方式
一步驟三中攪拌體3和半圓柱形靜止軸肩套4壓入位置示意圖；圖3是圖2的I局部放大圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖I 圖3說明本實施方式，本實施方式的預(yù)填絲攪拌摩擦焊接方法是按照以下步驟實現(xiàn)的步驟一、裝夾被焊工件將第一被焊工件5和第二被焊工件6對接設(shè)置且二者位于同一水平面內(nèi)，并用夾具裝夾在工作臺上，所述第一被焊工件5和第二被焊工件6均為金屬板材；步驟二、預(yù)填絲起始段焊接將焊槍I置于兩被焊工件接縫的起始位置0，采用TIG或MIG焊接方法沿第一被焊工件5與第二被焊工件6的焊接方向進(jìn)行預(yù)填絲焊接，焊接長度為IOmm 100mm,焊接電流為IOA 200A,焊槍行走速度為O. lm/min I. Om/min,此時攪拌頭3位于預(yù)填絲的起始位置O靜止不動；TIG為惰性氣體鎢極保護(hù)焊，MIG為熔化極氣體保護(hù)電弧焊；步驟三、攪拌頭3下壓深度的確定在預(yù)填絲的起始位置0，將攪拌頭3壓入被焊工件，攪拌頭3的攪拌針3-1以400轉(zhuǎn)/分 1500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速壓入接縫的起始位置0，半圓柱形靜止軸肩套4靜止；攪拌頭3的壓入速度為lmm/min 10mm/min,攪拌針3_1的壓入工件深度Hl比工件厚度T小O. 05mm O. 15mm,軸肩3-2壓入工件深度為0_ O. Imm,半圓柱形靜止軸肩套4壓入工件的深度H2為Omm O. 05mm ；步驟四、預(yù)填絲和攪拌摩擦焊接攪拌頭3達(dá)到步驟三設(shè)定的下壓深度時，焊槍I采用TIG或MIG焊接方法沿焊接方向進(jìn)行預(yù)填絲焊接，焊接電流為IOA 200A，焊槍I行走速度為O. lm/min I. Om/min,攪拌頭3與焊槍I同步進(jìn)行攪拌摩擦焊接，焊槍I至焊縫結(jié)束位置，熄弧，預(yù)填絲焊接結(jié)束，攪拌摩擦焊繼續(xù)沿已預(yù)填絲的焊縫進(jìn)行攪拌摩擦焊，直到攪拌摩擦焊焊接至焊縫結(jié)束位置，攪拌頭3提起，結(jié)束預(yù)填絲攪拌摩擦焊過程。所述預(yù)填絲是指在攪拌摩擦焊過程中，預(yù)先對焊縫進(jìn)行填絲處理，使焊縫有效厚度增加，使之與攪拌摩擦焊對焊縫有效厚度的減薄作用相抵消，使焊縫一次成型，避免再加工。
具體實施方式
二結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式的步驟三中的半圓柱形靜止軸肩套4壓入工件的深度小于軸肩3-2的壓入工件深度。其他步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式的步驟四中的TIG或MIG預(yù)填絲過程與攪拌摩擦焊過程同步進(jìn)行，且攪拌摩擦焊的焊接位置位于預(yù)填絲電弧2的后方IOmm IOOmm的位置。其他步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式的步驟二中的攪拌頭3與焊槍I距離為20mm。其他步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式的步驟二中的攪拌頭3與焊槍I距離為30mm。其他步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
六結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式的步驟二中的攪拌頭3與焊槍I距離為40mm。其他步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
七結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式的步驟二中的攪拌頭3與焊槍I距離為50mm。其他步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
八結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式的步驟二中的攪拌頭3與焊槍I距離為60mm。其他步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
九結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式的步驟二中的攪拌頭3與焊槍I距離為70mm。其他步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
十結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式的步驟二中的攪拌頭3與焊槍I距離為80mm。其他步驟與具體實施方式
三相同。本發(fā)明的應(yīng)用實例實例I、焊接兩塊厚為3mm的6064鋁合金的對接接頭。采用本發(fā)明的預(yù)填絲攪拌摩擦焊方法，采用TIG焊，電流200A，TIG焊槍與攪拌頭相距30mm，焊接速度O. 8m/min,攪拌摩擦焊過程中，攪拌頭轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分，壓入速度3mm/min，軸肩壓入厚度Hl比工件厚度T小O. Imm,半圓柱形靜止軸肩套壓入厚度H2比工件厚度T小O. 05mm。實例2、焊接兩塊厚為I. 5mm的3004鋁合金的對接接頭。采用本發(fā)明的預(yù)填絲攪拌摩擦焊方法，采用TIG焊，電流100A，TIG焊槍與攪拌頭相距20mm，焊接速度O. 9m/min,攪拌摩擦焊過程中，攪拌頭轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/分，壓入速度2mm/min，軸肩壓入厚度Hl比工件厚度T小O. 05mm,半圓柱形靜止軸肩套壓入厚度H2比工件厚度T小O. 02mm。實例3、焊接兩塊厚為8mm的7075鋁合金的對接接頭。采用預(yù)填絲攪拌摩擦焊方法，采用MIG焊，電流200A，MIG焊槍與攪拌頭相距50mm，焊接速度O. 4m/min,攪拌摩擦焊過程中，攪拌頭轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分，壓入速度4mm/min，軸肩壓入厚度Hl比工件厚度T小
O.1mm，半圓柱形靜止軸肩套壓入厚度H2比工件厚度T小O. 05mm。上述三個實例均采用預(yù)填絲攪拌摩擦焊接方法進(jìn)行焊接，TIG或MIG對焊縫的預(yù)填絲過程，增加焊縫余高，解決了常規(guī)攪拌摩擦焊存在的焊縫有效厚度的減薄的現(xiàn)象。焊縫成形美觀，消除了常規(guī)攪拌摩擦焊焊縫的魚鱗紋。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)填絲攪拌摩擦焊接方法，其特征在于所述預(yù)填絲攪拌摩擦焊接方法是按照以下步驟實現(xiàn)的步驟一、裝夾被焊工件將第一被焊工件(5)和第二被焊工件(6)對接設(shè)置且二者位于同一水平面內(nèi)，并用夾具裝夾在工作臺上，所述第一被焊工件(5)和第二被焊工件(6)均為金屬板材；步驟二、預(yù)填絲起始段焊接將焊槍(I)置于兩被焊工件接縫的起始位置(O)，采用TIG或MIG焊接方法沿第一被焊工件(5)與第二被焊工件￠)的焊接方向進(jìn)行預(yù)填絲焊接，焊接長度為IOmm 100mm,焊接電流為IOA 200A,焊槍行走速度為O. lm/min I. Om/min,此時攪拌頭(3)位于預(yù)填絲的起始位置(O)靜止不動；步驟三、攪拌頭(3)下壓深度的確定在預(yù)填絲的起始位置(O)，將攪拌頭(3)壓入被焊工件，攪拌頭(3)的攪拌針(3-1)以400轉(zhuǎn)/分 1500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速壓入接縫的起始位置(O),半圓柱形靜止軸肩套(4)靜止；攪拌頭(3)的壓入速度為lmm/min 10mm/min,攪拌針(3-1)的壓入工件深度(Hl)比工件厚度(T)小O. 05mm O. 15mm，軸肩(3_2)壓入工件深度為Omm O. Imm,半圓柱形靜止軸肩套(4)壓入工件的深度(H2)為Omm O. 05mm ；步驟四、預(yù)填絲和攪拌摩擦焊接攪拌頭(3)達(dá)到步驟三設(shè)定的下壓深度時，焊槍(I)采用TIG或MIG焊接方法沿焊接方向進(jìn)行預(yù)填絲焊接，焊接電流為IOA 200A，焊槍(I)行走速度為O. lm/min I. Om/min,攪拌頭(3)與焊槍(I)同步進(jìn)行攪拌摩擦焊接，焊槍(I)至焊縫結(jié)束位置，熄弧，預(yù)填絲焊接結(jié)束，攪拌摩擦焊繼續(xù)沿已預(yù)填絲的焊縫進(jìn)行攪拌摩擦焊，直到攪拌摩擦焊焊接至焊縫結(jié)束位置，攪拌頭(3)提起，結(jié)束預(yù)填絲攪拌摩擦焊過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述預(yù)填絲攪拌摩擦焊方法，其特征在于步驟三中的半圓柱形靜止軸肩套(4)壓入工件的深度小于軸肩(3-2)的壓入工件深度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述預(yù)填絲攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，步驟四中的TIG或MIG預(yù)填絲過程與攪拌摩擦焊過程同步進(jìn)行，且攪拌摩擦焊的焊接位置位于預(yù)填絲電?、频暮蠓絀Omm IOOmm的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述預(yù)填絲攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，步驟二中的攪拌頭(3)與焊槍(I)距離為20mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述預(yù)填絲攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，步驟二中的攪拌頭(3)與焊槍(I)距離為30mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述預(yù)填絲攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，步驟二中的攪拌頭(3)與焊槍(I)距離為40mmο
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述預(yù)填絲攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，步驟二中的攪拌頭(3)與焊槍(I)距離為50mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述預(yù)填絲攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，步驟二中的攪拌頭(3)與焊槍(I)距離為60mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述預(yù)填絲攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，步驟二中的攪拌頭⑶與焊槍⑴距離為70mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述預(yù)填絲攪拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，步驟二中的攪拌頭(3)與焊槍(I)距離為80mm。
全文摘要
預(yù)填絲攪拌摩擦焊接方法，它涉及一種攪拌摩擦焊接方法，以解決現(xiàn)有攪拌摩擦焊過程中的焊縫有效厚度減薄的問題。方法一、裝夾被焊工件；二、預(yù)填絲起始段焊接焊接長度為100mm，攪拌頭位于預(yù)填絲的起始位置靜止不動；三、攪拌頭下壓深度的確定在預(yù)填絲的起始位置，將攪拌頭壓入被焊工件，軸肩壓入工件深度為0.1mm，半圓柱形靜止軸肩套壓入工件的深度為0.05mm；四、預(yù)填絲和攪拌摩擦焊接焊槍采用TIG或MIG焊接方法沿焊接方向進(jìn)行預(yù)填絲焊接，焊接電流為100A，焊槍行走速度為1.0m/min，攪拌頭與焊槍同步進(jìn)行攪拌摩擦焊接，本發(fā)明用于鋁合金、鎂合金、銅合金以及異種材料的攪拌摩擦焊接中。
文檔編號B23K20/24GK102941414SQ20121052064
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者黃永憲, 劉昊舒, 呂世雄, 萬龍, 劉會杰, 馮吉才 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)