在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法，它涉及攪拌摩擦焊接方法。它有效解決了常規(guī)攪拌摩擦焊工藝中攪拌頭扎入材料階段時(shí)因“冷態(tài)”硬摩擦導(dǎo)致攪拌頭嚴(yán)重磨損的問(wèn)題。本發(fā)明的方法為：一、在兩個(gè)被焊材料的焊接起始處裝配一個(gè)軟質(zhì)材料；二、將攪拌頭對(duì)準(zhǔn)軟質(zhì)材料的中心，并開(kāi)始旋轉(zhuǎn)、向軟質(zhì)材料運(yùn)動(dòng)；三、待攪拌頭上的軸肩于軟質(zhì)材料表面接觸后，攪拌頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)20秒-40秒，攪拌頭與被焊材料摩擦產(chǎn)熱并傳導(dǎo)至兩個(gè)被焊材料使被焊材料充分軟化；四、攪拌頭沿對(duì)接面運(yùn)動(dòng)完成焊接。本發(fā)明在兩個(gè)被焊材料的焊接起始處裝配一個(gè)軟質(zhì)材料，降低攪拌頭的磨損，工藝簡(jiǎn)便，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說(shuō)明】在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及攪拌摩擦焊接方法，具體涉及焊接硬化狀態(tài)鋁合金時(shí)減少攪拌頭磨損的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]攪拌摩擦焊的基本原理為:在焊接過(guò)程中，利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與被焊材料摩擦產(chǎn)生的熱量使被焊材料局部塑化，當(dāng)攪拌頭沿著對(duì)接面移動(dòng)時(shí)，塑化的材料在攪拌頭的擠壓下形成致密的固相焊縫。焊接過(guò)程可分為攪拌頭扎入和平移焊接兩個(gè)階段。從發(fā)明至今，攪拌摩擦焊已成功焊接鋁合金、鎂合金等材料。但在焊接硬化狀態(tài)的鋁合金(2219-T87、2A14-T6)時(shí)，攪拌頭扎入被焊材料階段，由于被焊材料為“冷態(tài)”，被焊材料硬度大導(dǎo)致攪拌頭出現(xiàn)較為明顯的磨損。在穩(wěn)態(tài)焊接階段，被焊材料被充分加熱而軟化，兩者之間磨損很小。攪拌頭制作成本高昂，扎入階段的磨損降低了攪拌頭的使用壽命，降低攪拌摩擦焊接技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明為了解決常規(guī)攪拌摩擦焊起始階段攪拌頭扎入被焊材料時(shí)屬于“冷態(tài)”摩擦，由于被焊材料硬度大而導(dǎo)致的攪拌頭明顯磨損，降低攪拌頭的使用壽命，降低攪拌摩擦焊接技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明提供了一種在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法，解決上述問(wèn)題的具體技術(shù)方案如下:
[0004]根據(jù)本發(fā)明提供的在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法，包括如下步驟:
[0005]步驟一、根據(jù)被焊材料3的厚度，在兩個(gè)被焊材料3的焊接起始處裝配一個(gè)軟質(zhì)材料2，軟質(zhì)材料2的厚度與被焊材料3的厚度相同，寬度為被焊材料3的5?8倍，長(zhǎng)度為被焊材料3的5?8倍；
[0006]步驟二、將攪拌頭I對(duì)準(zhǔn)軟質(zhì)材料2的中心,并開(kāi)始以300rpm?IOOOrpm的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)、并以0.lmm/min?2.0mm/min的速度向軟質(zhì)材料2運(yùn)動(dòng)；
[0007]步驟三、攪拌頭I的軸肩11與軟質(zhì)材料2接觸后，攪拌頭I在軟質(zhì)材料2中旋轉(zhuǎn)摩擦，攪拌頭I與軟質(zhì)材料2摩擦產(chǎn)熱，熱量傳導(dǎo)至被焊材料3，使被焊材料3充分軟化；
[0008]步驟四、攪拌頭I沿對(duì)接面31以300rpm?IOOOrpm的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)、并以500mm/min?300mm/min的速度向焊接終止處運(yùn)動(dòng),完成焊接。
[0009]優(yōu)選地，軟質(zhì)材料2為與被焊材料3同牌號(hào)的退火后軟化的比被焊材料3硬度低
的招合金。
[0010]優(yōu)選地，軟質(zhì)材料2與被焊材料3焊接或者是機(jī)械壓緊方式緊密貼合。
[0011 ] 優(yōu)選地，軟質(zhì)材料2的寬度為被焊材料3的5?6倍，長(zhǎng)度為被焊材料3的5?6倍。
[0012]優(yōu)選地，步驟三中攪拌頭I在軟質(zhì)材料2中旋轉(zhuǎn)摩擦20秒?40秒。
[0013]優(yōu)選地，被焊材料3為硬化狀態(tài)的鋁合金。[0014]優(yōu)選地，攪拌頭I在軟質(zhì)材料2和被焊材料3中的旋轉(zhuǎn)速度不同。
[0015]優(yōu)選地，在步驟一中，針對(duì)6mm厚的2219?T87鋁合金材料的攪拌摩擦焊，使用2219-0鋁合金或者1060鋁合金作為軟質(zhì)材料，軟質(zhì)材料尺寸為6mm (厚度)X40mm (寬度)X40mm (長(zhǎng)度);步驟二中攪拌頭以800rpm旋轉(zhuǎn)速度、1.0mm/min速度扎入軟質(zhì)材料；步驟三中攪拌頭旋轉(zhuǎn)摩擦30秒；步驟四中旋轉(zhuǎn)速度為800rpm，速度為100mm/min。
[0016]優(yōu)選地，在步驟一中，針對(duì)5mm厚的2A14-T6鋁合金材料的攪拌摩擦焊，使用2A14-0鋁合金或者5A06-0鋁合金作為軟質(zhì)材料，軟質(zhì)材料尺寸為5mm (厚度)X 35mm (寬度)X 40mm (長(zhǎng)度);步驟二中攪拌頭以600rpm旋轉(zhuǎn)速度、1.0mm/min速度扎入軟質(zhì)材料；步驟三中攪拌頭旋轉(zhuǎn)摩擦30秒；步驟四中旋轉(zhuǎn)速度為800rpm，速度為150mm/min。
[0017]優(yōu)選地，軟質(zhì)材料2為與被焊材料3同牌號(hào)的退火后軟化的鋁合金或純鋁。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0019]本發(fā)明在兩個(gè)被焊材料的焊接起始處裝配一個(gè)軟質(zhì)材料，使攪拌頭扎入時(shí)與軟質(zhì)材料摩擦，由于軟質(zhì)材料硬度小，攪拌頭磨損?。粩嚢桀^與軟質(zhì)材料摩擦產(chǎn)熱并傳導(dǎo)至被焊材料使之被充分軟化，攪拌頭平移焊接時(shí)，攪拌頭磨損量與常規(guī)攪拌摩擦焊相當(dāng)，即降低了整個(gè)焊接過(guò)程中的攪拌頭磨損量。而且本發(fā)明工藝簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)提高攪拌頭的壽命，提高了攪拌摩擦焊技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0021]圖1是本發(fā)明所提供方法實(shí)施的示意圖。
[0022]圖中:
[0023]I是攪拌頭；
[0024]11是攪拌頭軸肩；
[0025]2是軟質(zhì)材料；
[0026]3是被焊材料；
[0027]31是對(duì)接面。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0029]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1描述本實(shí)施方式。本實(shí)施方式方法的步驟如下:
[0030]步驟一、根據(jù)被焊材料的厚度，在兩個(gè)被焊材料的焊接起始處裝配一個(gè)軟質(zhì)材料，軟質(zhì)材料厚度與被焊材料厚度相同，寬度為被焊材料的5-8倍，長(zhǎng)度為被焊材料的5-8倍。
[0031]步驟二、將攪拌頭對(duì)準(zhǔn)軟質(zhì)材料的中心，并開(kāi)始以300rpm-1000rpm的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)、并以0.lmm/min-2.0mm/min的速度向軟質(zhì)材料運(yùn)動(dòng)；
[0032]步驟三、攪拌頭的軸肩與軟質(zhì)材料接觸后，攪拌頭在軟質(zhì)材料中旋轉(zhuǎn)摩擦20秒?40秒，攪拌頭與軟質(zhì)材料摩擦產(chǎn)熱，熱量傳導(dǎo)至被焊材料，使被焊材料充分軟化。
[0033]步驟四、攪拌頭沿對(duì)接面以300rpm-1OOOrpm的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)、并以500mm/min-300mm/min的速度向左運(yùn)動(dòng),完成焊接。
[0034]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式可以視為【具體實(shí)施方式】一的優(yōu)選例。具體地，步驟一中采用6mm厚的2219-T87鋁合金材料進(jìn)行攪拌摩擦焊，使用2219-0鋁合金或者1060鋁合金作為軟質(zhì)材料，軟質(zhì)材料尺寸為6mm (厚度)*40mm (寬度)*40mm (長(zhǎng)度)；步驟二中攪拌頭以800rpm旋轉(zhuǎn)速度、1.0mm/min速度扎入軟質(zhì)材料；步驟三中攪拌頭旋轉(zhuǎn)摩擦30秒；步驟四中旋轉(zhuǎn)速度為800rpm,速度為100mm/min。
[0035]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式可以視為【具體實(shí)施方式】一的優(yōu)選例。具體地，步驟一中采用5mm厚的2A14-T6鋁合金材料進(jìn)行攪拌摩擦焊，使用2A14-0鋁合金或者5A06-0鋁合金作為軟質(zhì)材料，軟質(zhì)材料尺寸為5mm (厚度)*35mm (寬度)*40mm (長(zhǎng)度);步驟二中攪拌頭以600rpm旋轉(zhuǎn)速度、1.0mm/min速度扎入軟質(zhì)材料；步驟三中攪拌頭旋轉(zhuǎn)摩擦30秒；步驟四中旋轉(zhuǎn)速度為800rpm,速度為150mm/min。
[0036]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、根據(jù)被焊材料(3)的厚度，在兩個(gè)被焊材料(3)的焊接起始處裝配一個(gè)軟質(zhì)材料(2)，軟質(zhì)材料(2)的厚度與被焊材料(3)的厚度相同，寬度為被焊材料(3)的5?8倍，長(zhǎng)度為被焊材料(3)的5?8倍； 步驟二、將攪拌頭(I)對(duì)準(zhǔn)軟質(zhì)材料(2)的中心，并開(kāi)始以300rpm?IOOOrpm的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)、并以0.lmm/min?2.0mm/min的速度向軟質(zhì)材料(2)運(yùn)動(dòng)； 步驟三、攪拌頭(I)的軸肩(11)與軟質(zhì)材料(2 )接觸后，攪拌頭(I)在軟質(zhì)材料(2 )中旋轉(zhuǎn)摩擦，攪拌頭(I)與軟質(zhì)材料(2)摩擦產(chǎn)熱，熱量傳導(dǎo)至被焊材料(3)，使被焊材料(3)充分軟化； 步驟四、攪拌頭(I)沿對(duì)接面(31)以300rpm?IOOOrpm的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)、并以500mm/min?300mm/min的速度向焊接終止處運(yùn)動(dòng),完成焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法，其特征在于，軟質(zhì)材料(2)為與被焊材料(3)同牌號(hào)的退火后軟化的比被焊材料(3)硬度低的鋁合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法，其特征在于，軟質(zhì)材料(2)與被焊材料(3)焊接或者是機(jī)械壓緊方式緊密貼合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法，其特征在于，軟質(zhì)材料(2)的寬度為被焊材料(3)的5?6倍，長(zhǎng)度為被焊材料(3)的5?6倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法，其特征在于，步驟三中攪拌頭(I)在軟質(zhì)材料(2)中旋轉(zhuǎn)摩擦20秒?40秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法，其特征在于，被焊材料(3)為硬化狀態(tài)的鋁合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法，其特征在于，攪拌頭(I)在軟質(zhì)材料(2 )和被焊材料(3 )中的旋轉(zhuǎn)速度不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法，其特征在于，在步驟一中，針對(duì)6mm厚的2219?T87鋁合金材料的攪拌摩擦焊，使用2219-0鋁合金或者1060鋁合金作為軟質(zhì)材料，軟質(zhì)材料尺寸為6mm (厚度)X40mm (寬度)X40mm (長(zhǎng)度)；步驟二中攪拌頭以800rpm旋轉(zhuǎn)速度、1.0mm/min速度扎入軟質(zhì)材料；步驟三中攪拌頭旋轉(zhuǎn)摩擦30秒；步驟四中旋轉(zhuǎn)速度為800rpm，速度為100mm/min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法，其特征在于，在步驟一中，針對(duì)5mm厚的2A14-T6鋁合金材料的攪拌摩擦焊，使用2A14-0鋁合金或者5A06-0鋁合金作為軟質(zhì)材料，軟質(zhì)材料尺寸為5mm (厚度)X 35mm (寬度)X 40mm (長(zhǎng)度)；步驟二中攪拌頭以600rpm旋轉(zhuǎn)速度、1.0mm/min速度扎入軟質(zhì)材料；步驟三中攪拌頭旋轉(zhuǎn)摩擦30秒；步驟四中旋轉(zhuǎn)速度為800rpm，速度為150mm/min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在攪拌摩擦焊工藝中減少攪拌頭磨損的方法，其特征在于，軟質(zhì)材料(2)為與被焊材料(3)同牌號(hào)的退火后軟化的鋁合金或純鋁。
【文檔編號(hào)】B23K20/12GK103612009SQ201310617154
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】劉立安, 楊斯達(dá), 胡明華, 羅志強(qiáng), 孫峰, 張柳峰 申請(qǐng)人:上海航天精密機(jī)械研究所