一種焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊方法及其工具的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具和方法，包括由內(nèi)至外依次套裝且相對(duì)滑動(dòng)設(shè)置的攪拌針、軸肩、壓緊套筒，在所述攪拌針的攪拌端部外壁上沿周向均勻布設(shè)有至少兩個(gè)攪拌凸棱，在所述軸肩的端面開(kāi)設(shè)有與所述攪拌凸棱相配合的容置槽口，所述攪拌凸棱能沿所述容置槽口伸縮，且所述攪拌針的攪拌端部端面能與所述軸肩和所述壓緊套筒的端面處于同一個(gè)平面上。本發(fā)明能夠有效消除回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭組織分布復(fù)雜的缺陷，同時(shí)又能保留回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭表面無(wú)匙孔的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊方法及其工具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊，尤其涉及一種焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊方法及其工具，屬于點(diǎn)連接【技術(shù)領(lǐng)域】，適用于同種或異種可熱塑化材料的點(diǎn)連接。
【背景技術(shù)】
[0002]攪拌摩擦點(diǎn)焊是在攪拌摩擦焊基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)極具市場(chǎng)應(yīng)用前景的新型固相連接技術(shù)。與電阻點(diǎn)焊、鉚接等連接技術(shù)相比較，攪拌摩擦點(diǎn)焊方法具有以下優(yōu)點(diǎn):1、電能消耗少，成本低，已有研究表明，攪拌摩擦點(diǎn)焊與電阻點(diǎn)焊相比電能消耗可減少99% ；
2、與電阻點(diǎn)焊相比，接頭質(zhì)量高、缺陷率低、變形小，焊接質(zhì)量穩(wěn)定；3、工作環(huán)境清潔，攪拌摩擦點(diǎn)焊沒(méi)有灰塵和煙霧，不需要大電流，生產(chǎn)過(guò)程清潔，不會(huì)產(chǎn)生電磁和噪聲污染，屬于綠色無(wú)污染工藝。
[0003]目前，攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出多種形式，如常規(guī)攪拌摩擦點(diǎn)焊、回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊、無(wú)針攪拌摩擦點(diǎn)焊等?；靥钍綌嚢枘Σ咙c(diǎn)焊由于焊后無(wú)匙孔，焊點(diǎn)成形較好而成為最具吸引力的一種攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)。
[0004]然而，在現(xiàn)有的回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊焊接過(guò)程中，由于扎入被焊材料的軸肩不能對(duì)整個(gè)焊點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，?dǎo)致焊接區(qū)內(nèi)部組織分布較為復(fù)雜，并且容易出現(xiàn)疏松和弱連接等缺陷，這些問(wèn)題導(dǎo)致回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭疲勞性能尚不如帶匙孔的常規(guī)攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭，而疲勞性能在航空結(jié)構(gòu)件中顯得尤為重要。因此有必要發(fā)明一種新的點(diǎn)焊方法，有效消除回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭組織分布復(fù)雜的缺點(diǎn)，同時(shí)又能保留回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭表面無(wú)匙孔的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具，該摩擦點(diǎn)焊工具能夠有效消除回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭組織分布復(fù)雜的缺陷，同時(shí)又能保留表面無(wú)匙孔的摩擦點(diǎn)焊接頭。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供一種摩擦點(diǎn)焊工具能夠有效消除回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭組織分布復(fù)雜的缺陷，同時(shí)又能保留回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭表面無(wú)匙孔的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊方法。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具，包括由內(nèi)至外依次套裝且相對(duì)滑動(dòng)設(shè)置的攪拌針、軸肩、壓緊套筒，在所述攪拌針的攪拌端部外壁上沿周向均勻布設(shè)有至少兩個(gè)攪拌凸棱，在所述軸肩的端面開(kāi)設(shè)有與所述攪拌凸棱相配合的容置槽口，所述攪拌凸棱能沿所述容置槽口伸縮，且所述攪拌針的攪拌端部端面能與所述軸肩和所述壓緊套筒的端面處于同一個(gè)平面上。
[0008]如上所述的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具，其中，在所述攪拌針的攪拌端部外壁上沿周向均勻布設(shè)有2至4個(gè)攪拌凸棱。
[0009]如上所述的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具，其中，在所述攪拌凸棱外側(cè)壁上設(shè)有螺紋。
[0010]如上所述的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具，其中，所述攪拌凸棱的外徑與所述軸肩的外徑和所述壓緊套筒的內(nèi)徑相等。
[0011]本發(fā)明還提供了一種焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊方法，采用如上所述的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具，所述方法包括:
[0012]步驟A:將攪拌針的攪拌端部的端面與軸肩和壓緊套筒的端面齊平，所述攪拌針、軸肩和壓緊套筒的軸線(xiàn)與被焊工件表面相垂直并下壓至所述被焊工件的待焊位置，此時(shí)所述攪拌針和所述軸肩的位置為初始位置，之后，驅(qū)動(dòng)所述攪拌針和所述軸肩開(kāi)始高速旋轉(zhuǎn)，并與被焊工件表面相互摩擦，產(chǎn)生的摩擦熱使被焊工件表面塑化，形成塑性流動(dòng)材料區(qū)域；
[0013]步驟B:保持所述攪拌針和所述軸肩高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，使所述攪拌針沿軸線(xiàn)向下移動(dòng)，壓入所述塑性流動(dòng)材料區(qū)域，同時(shí)驅(qū)動(dòng)所述軸肩沿軸線(xiàn)向上移動(dòng)；隨著所述攪拌針的攪拌端部壓入，所述塑性流動(dòng)材料區(qū)域深度逐漸擴(kuò)大，并將塑性流動(dòng)材料區(qū)域內(nèi)的塑化物擠壓到所述軸肩上移后由所述攪拌針與所述壓緊套筒之間形成的容置空腔中；
[0014]步驟C:繼續(xù)保持所述攪拌針和所述軸肩高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，所述攪拌針繼續(xù)向下移動(dòng)，所述軸肩繼續(xù)向上移動(dòng)，使得所述塑化物容置于所述容置空腔中；
[0015]步驟D:當(dāng)所述攪拌針的攪拌端部到達(dá)預(yù)定焊接深度后，驅(qū)動(dòng)所述攪拌針向上移動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)所述軸肩向下移動(dòng)，使得所述容置空腔中的塑化物受擠壓并逐漸回填至所述被焊工件表面形成的塑性流動(dòng)材料區(qū)域內(nèi)，同時(shí)所述攪拌針的攪拌端部保證回填至所述塑性流動(dòng)材料區(qū)域內(nèi)的塑化物的整體鍛壓成形；
[0016]步驟E:所述攪拌針向上移動(dòng)且所述軸肩向下移動(dòng)回復(fù)至所述初始位置，在所述攪拌針的攪拌凸棱的攪拌作用下及向下壓力的作用下，置于所述容置空腔內(nèi)的所述塑化物回填至塑性流動(dòng)材料區(qū)域內(nèi)，并與被焊工件表面齊平，所述攪拌針和所述軸肩停止旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，塑化物冷卻后，在回填后的區(qū)域形成一個(gè)完整的焊點(diǎn)；
[0017]步驟F:將所述攪拌針、軸肩和壓緊套筒整體向上移動(dòng)，并與被焊工件分離，點(diǎn)焊過(guò)程完成。
[0018]如上所述的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊方法，其中，所述被焊工件為兩塊焊接件對(duì)接而成，所述預(yù)定焊接深度為所述攪拌針的攪拌端部端面下移至接近所述焊接件下表
面0.1臟?0.3臟位置。
[0019]如上所述的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊方法，其中，所述被焊工件為至少兩塊焊接件搭接而成，所述預(yù)定焊接深度為所述攪拌針的攪拌端部端面向下移動(dòng)至最下層焊接件的上表面以下。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn):
[0021]本發(fā)明焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具及其點(diǎn)焊方法，采用帶有2-4個(gè)攪拌凸棱的攪拌針、相應(yīng)開(kāi)有2-4個(gè)容置槽口的軸肩，以及壓緊套筒，驅(qū)動(dòng)攪拌針和軸肩高速旋轉(zhuǎn)，與被焊工件摩擦，為焊接過(guò)程提供熱量。攪拌針連同攪拌凸棱整體向下移動(dòng)，對(duì)塑化材料進(jìn)行完全充分的攪拌，軸肩向上移動(dòng)，為擠出的塑化材料提供儲(chǔ)存空間。攪拌凸棱保證了塑化材料的充分?jǐn)嚢?，而攪拌針與軸肩的相互咬合又保證了焊點(diǎn)表面光滑平整，從而改善了點(diǎn)焊接頭組織，提高接頭性能。[0022]本發(fā)明作為全新的固相點(diǎn)連接技術(shù)，在壁板結(jié)構(gòu)件，如飛機(jī)帶筋壁板、汽車(chē)殼體等的點(diǎn)連接，以及長(zhǎng)焊縫對(duì)接前的定位焊、缺陷修補(bǔ)等工程應(yīng)用領(lǐng)域擁有巨大潛力。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來(lái)限制本發(fā)明公開(kāi)的范圍。另外，圖中的各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用于幫助對(duì)本發(fā)明的理解，并不是具體限定本發(fā)明各部件的形狀和比例尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以根據(jù)具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來(lái)實(shí)施本發(fā)明。
[0024]圖1為本發(fā)明焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2A為本發(fā)明的攪拌針的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2B為本發(fā)明的軸肩的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2C為本發(fā)明的壓緊套筒的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3A為本發(fā)明的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具實(shí)施例一的端面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3B為本發(fā)明的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具實(shí)施例二的端面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3C為本發(fā)明的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具實(shí)施例三的端面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4為本發(fā)明焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具在點(diǎn)焊搭接工件時(shí)的使用狀態(tài)示意圖；
[0032]圖5為本發(fā)明焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具在點(diǎn)焊對(duì)接工件時(shí)的使用狀態(tài)示意圖。
[0033]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0034]1-攪拌針；11-攪拌端部；12-攪拌凸棱；2-軸肩；21_容置槽口 ；3_壓緊套筒；
[0035]4-被焊工件；41、42_搭接焊接件；43、44_對(duì)接焊接件；5_塑性流動(dòng)材料區(qū)域；
[0036]6-容置空腔。
【具體實(shí)施方式】
[0037]結(jié)合附圖和本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的描述，能夠更加清楚地了解本發(fā)明的細(xì)節(jié)。但是，在此描述的本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，僅用于解釋本發(fā)明的目的，而不能以任何方式理解成是對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的教導(dǎo)下，技術(shù)人員可以構(gòu)想基于本發(fā)明的任意可能的變形，這些都應(yīng)被視為屬于本發(fā)明的范圍。
[0038]請(qǐng)參考圖1、圖2A、圖2B、圖2C，分別為本發(fā)明焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具的結(jié)構(gòu)示意圖；本發(fā)明的攪拌針、軸肩及壓緊套筒的局部結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明提供了一種焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具，包括由內(nèi)至外依次套裝且能相對(duì)滑動(dòng)設(shè)置的攪拌針1、軸肩2、壓緊套筒3，在攪拌針I(yè)的攪拌端部11外壁上沿周向均勻布設(shè)有至少兩個(gè)攪拌凸棱12，在軸肩2的端部開(kāi)設(shè)有與攪拌凸棱12相配合的容置槽口 21，攪拌凸棱12恰好容置于容置槽口 21內(nèi)并且能夠沿容置槽口 21伸縮，且攪拌針I(yè)的攪拌端部11端面能與軸肩2和壓緊套筒3的端面處于同一個(gè)平面上，同時(shí)，攪拌針I(yè)與軸肩2又可以產(chǎn)生沿軸向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得在點(diǎn)焊過(guò)程中，攪拌針I(yè)的攪拌凸棱I能夠與軸肩2沿軸向相對(duì)移動(dòng)，攪拌凸棱12可扎入被焊工件，對(duì)整個(gè)焊點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，有效消除回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭組織分布復(fù)雜的缺點(diǎn)，攪拌凸棱12也可收縮至容置槽口 21內(nèi)，使得塑化材料物回填至焊點(diǎn)區(qū)域，以保留回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭表面無(wú)匙孔的優(yōu)點(diǎn)。
[0039]如圖3A所示，在本發(fā)明一種可選的實(shí)施例中，在攪拌針I(yè)的攪拌端部11外壁上沿周向?qū)ΨQ(chēng)設(shè)置有2個(gè)攪拌凸棱12。如圖3B所示，在本發(fā)明另一種可選的實(shí)施例中，在攪拌針I(yè)的攪拌端部11外壁上沿周向均勻布設(shè)有3個(gè)攪拌凸棱12。如圖3C所示，在本發(fā)明再一種可選的實(shí)施例中，在攪拌針I(yè)的攪拌端部11外壁上沿周向均勻布設(shè)有4個(gè)攪拌凸棱12。在本發(fā)明中，攪拌凸棱12設(shè)置的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，對(duì)此本發(fā)明不作限制。
[0040]進(jìn)一步的，為了加強(qiáng)攪拌效果，在攪拌凸棱12外側(cè)壁上設(shè)有螺紋。
[0041]在本發(fā)明中，攪拌凸棱12的外徑與軸肩2的外徑和壓緊套筒3的內(nèi)徑相等，從而保證攪拌針I(yè)的攪拌凸棱12與軸肩2相結(jié)合，并能相對(duì)滑動(dòng)的套裝于壓緊套筒3內(nèi)。
[0042]如圖4、圖5所示，本發(fā)明還提供了一種焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊方法，采用如上所述的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具，焊接前，將被焊工件4置于焊接平臺(tái)上，攪拌針I(yè)置于軸肩2內(nèi)，軸肩2置于壓緊套筒3內(nèi)，攪拌針I(yè)的攪拌凸棱12與軸肩2的容置槽口 21相互咬合，攪拌針1、軸肩2和壓緊套筒3前端面處于同一個(gè)平面上，通過(guò)軸向運(yùn)動(dòng)，使攪拌針1、軸肩2和壓緊套筒3壓置于被焊工件4表面待焊位置，并施加一定的壓力。
[0043]所述方法包括:
[0044]步驟A:將攪拌針I(yè)的攪拌端部11的端面與軸肩2和壓緊套筒3的端面齊平，攪拌針1、軸肩2和壓緊套筒3的軸線(xiàn)與被焊工件4表面相垂直并下壓至被焊工件4的待焊位置，此時(shí)攪拌針I(yè)和軸肩2的位置為初始位置；之后，驅(qū)動(dòng)攪拌針I(yè)和軸肩2開(kāi)始高速旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)速度為100?3000轉(zhuǎn)/分鐘，并與被焊工件表面相互摩擦，產(chǎn)生的摩擦熱使被焊工件4表面塑化，形成塑性流動(dòng)材料區(qū)域；其中,外部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)攪拌針I(yè)和軸肩2高速旋轉(zhuǎn)為已有技術(shù)，在此不再詳細(xì)描述。
[0045]步驟B:保持?jǐn)嚢栳業(yè)和軸肩2高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，使攪拌針I(yè)沿軸線(xiàn)向下移動(dòng)，壓入塑性流動(dòng)材料區(qū)域5，同時(shí)驅(qū)動(dòng)軸肩2沿軸線(xiàn)向上移動(dòng)；隨著攪拌針I(yè)的攪拌端部11壓入塑性流動(dòng)材料區(qū)域5，塑性流動(dòng)材料區(qū)域5深度逐漸擴(kuò)大，并將塑性流動(dòng)材料區(qū)域5內(nèi)因摩擦熱產(chǎn)生的塑化物擠壓到軸肩2上移后由攪拌針I(yè)與壓緊套筒3之間形成的容置空腔6中；
[0046]步驟C:繼續(xù)保持?jǐn)嚢栳業(yè)和軸肩2高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，攪拌針I(yè)繼續(xù)向下移動(dòng)，軸肩2繼續(xù)向上移動(dòng)，使得塑化物容置于容置空腔6中；
[0047]步驟D:當(dāng)攪拌針I(yè)的攪拌端部11到達(dá)預(yù)定焊接深度后，驅(qū)動(dòng)攪拌針I(yè)向上移動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)軸肩2向下移動(dòng)，向下擠壓容置空腔6中的塑化物并使其逐漸回填至被焊工件4表面形成的塑性流動(dòng)材料區(qū)域5內(nèi)，同時(shí)攪拌針I(yè)的攪拌端部11保證回填至塑性流動(dòng)材料區(qū)域5內(nèi)的塑化物的整體鍛壓成形；
[0048]步驟E:攪拌針I(yè)向上移動(dòng)且軸肩2向下移動(dòng)回復(fù)至初始位置，在攪拌針I(yè)的攪拌凸棱12的攪拌作用下及向下壓力的作用下，置于容置空腔6內(nèi)的塑化物回填至塑性流動(dòng)材料區(qū)域5內(nèi)，并與被焊工件4表面齊平，攪拌針I(yè)和軸肩2停止旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，塑化物冷卻后，在回填后的區(qū)域形成一個(gè)完整的焊點(diǎn)；[0049]步驟F:將攪拌針1、軸肩2和壓緊套筒3整體向上移動(dòng)，并與被焊工件4分離，點(diǎn)焊過(guò)程完成。
[0050]如圖4所示，作為本發(fā)明一種可選的實(shí)施方式，被焊工件4為兩塊焊接件41、42搭接而成，焊接件41、42按照搭接要求裝夾固定，攪拌針1、軸肩2、壓緊套筒3同步移動(dòng)，下壓至被焊工件4上表面并施加一定的壓力，攪拌針1、軸肩2以相同的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度高速旋轉(zhuǎn)，并與被焊工件4表面相互摩擦；攪拌針I(yè)在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下沿軸線(xiàn)向下移動(dòng)，插入被焊工件4，同時(shí)軸肩2在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下向上移動(dòng)，攪拌針1、軸肩2沿軸向的移動(dòng)速度滿(mǎn)足如下先后順序關(guān)系:攪拌針I(yè)擠出的塑化材料體積與軸肩2上移形成的空間體積相同；攪拌針I(yè)向下移動(dòng)至下端面越過(guò)焊接件41、42之間的界面0.1mm?0.2mm時(shí)停止向下移動(dòng)，但保持高速旋轉(zhuǎn)，停留I秒左右時(shí)間后，攪拌針1、軸肩2開(kāi)始沿軸線(xiàn)反方向移動(dòng)；攪拌針1、軸肩2下端面移動(dòng)至與被焊工件4上表面齊平時(shí)停止軸向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；攪拌針1、軸肩2、壓緊套筒3同步上移，完成焊接件41、42之間的搭接點(diǎn)焊。即預(yù)定焊接深度為所述攪拌針的攪拌端部端面向下移動(dòng)至最下層焊接件的上表面以下，以保證兩塊焊接件焊接在一起。被焊工件4也可以由三塊、四塊或更多塊焊接件搭接而成，本發(fā)明對(duì)此不作限制。
[0051]如圖5所示，作為本發(fā)明另一種可選的實(shí)施方式，被焊工件4為兩塊焊接件43、44對(duì)接而成，預(yù)定焊接深度為攪拌針I(yè)的攪拌端部11端面下移至接近焊接件43、44下表面
0.1mm?0.3mm位置，以保證兩塊焊接件焊接在一起。具體過(guò)程為:焊接件43、44按照對(duì)接要求裝夾固定，攪拌針1、軸肩2、壓緊套筒3軸線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)焊接件43、44對(duì)接縫，下壓至焊接件43,44上表面并施加一定的壓力，攪拌針1、軸肩2以相同的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度高速旋轉(zhuǎn)，并與被焊工件表面相互摩擦；攪拌針I(yè)在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下沿軸線(xiàn)向下移動(dòng)，插入被焊工件4，同時(shí)軸肩2在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下向上移動(dòng)，攪拌針1、軸肩2移動(dòng)速度滿(mǎn)足如下先后順序關(guān)系:攪拌針I(yè)擠出的塑化材料體積與軸肩2上移形成的空間體積相同；攪拌針I(yè)向下移動(dòng)至距離焊接件43、44下表面0.1mm時(shí)停止向下移動(dòng)，但保持高速旋轉(zhuǎn)，停留I秒左右時(shí)間后，攪拌針1、軸肩2開(kāi)始沿軸線(xiàn)反方向移動(dòng)；攪拌針1、軸肩2下端面移動(dòng)至與焊接件43、44上表面齊平時(shí)停止軸向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；攪拌針1、軸肩2、壓緊套筒3同步上移，完成焊接件43、44之間的對(duì)接點(diǎn)焊。
[0052]另外，本發(fā)明還可以在攪拌摩擦焊匙孔位置塞入同質(zhì)材料，使塞入材料體積大于或等于匙孔體積，按照?qǐng)D5所示的方式對(duì)匙孔位置進(jìn)行點(diǎn)焊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)攪拌摩擦焊匙孔的消除。
[0053]本發(fā)明焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具及其點(diǎn)焊方法，采用帶有2-4個(gè)攪拌凸棱12的攪拌針1、相應(yīng)開(kāi)有2-4個(gè)容置槽口 21的軸肩2，以及壓緊套筒3，驅(qū)動(dòng)攪拌針I(yè)和軸肩2高速旋轉(zhuǎn)，與被焊工件4摩擦，為焊接過(guò)程提供熱量。攪拌針I(yè)連同攪拌凸棱12整體向下移動(dòng)，對(duì)塑化材料進(jìn)行完全充分的攪拌，軸肩2向上移動(dòng)，為擠出的塑化材料提供儲(chǔ)存空間。攪拌凸棱12保證了塑化材料的充分?jǐn)嚢瑁鴶嚢栳業(yè)與軸肩2的相互咬合又保證了焊點(diǎn)表面光滑平整，從而改善了點(diǎn)焊接頭組織，提高接頭性能。本發(fā)明作為全新的固相點(diǎn)連接技術(shù)，在壁板結(jié)構(gòu)件，如飛機(jī)帶筋壁板、汽車(chē)殼體等的點(diǎn)連接，以及長(zhǎng)焊縫對(duì)接前的定位焊、缺陷修補(bǔ)等工程應(yīng)用領(lǐng)域擁有巨大潛力。
[0054]本發(fā)明既保留了回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊焊點(diǎn)表面平整無(wú)匙孔的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于在攪拌針前端增加了攪拌凸棱，又保證了整個(gè)焊點(diǎn)區(qū)域的有效攪拌。與現(xiàn)有技術(shù)相比，有效消除了回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊由于軸肩攪拌區(qū)與攪拌針回填區(qū)相互分離無(wú)重疊而導(dǎo)致的接頭組織不連續(xù)甚至產(chǎn)生空洞的缺點(diǎn)。此外，本發(fā)明的點(diǎn)焊方法與現(xiàn)有技術(shù)相比不產(chǎn)生匙孔，焊接深度更大，具有顯著的進(jìn)步。
[0055]針對(duì)上述各實(shí)施方式的詳細(xì)解釋?zhuān)淠康膬H在于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋?zhuān)员阌谀軌蚋玫乩斫獗景l(fā)明，但是，這些描述不能以任何理由解釋成是對(duì)本發(fā)明的限制，特別是，在不同的實(shí)施方式中描述的各個(gè)特征也可以相互任意組合，從而組成其他實(shí)施方式，除了有明確相反的描述，這些特征應(yīng)被理解為能夠應(yīng)用于任何一個(gè)實(shí)施方式中，而并不僅局限于所描述的實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具，包括由內(nèi)至外依次套裝且相對(duì)滑動(dòng)設(shè)置的攪拌針、軸肩、壓緊套筒，其特征在于，在所述攪拌針的攪拌端部外壁上沿周向均勻布設(shè)有至少兩個(gè)攪拌凸棱，在所述軸肩的端面開(kāi)設(shè)有與所述攪拌凸棱相配合的容置槽口，所述攪拌凸棱能沿所述容置槽口伸縮，且所述攪拌針的攪拌端部端面能與所述軸肩和所述壓緊套筒的端面處于同一個(gè)平面上。
2.如權(quán)利要求1所述的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具，其特征在于，在所述攪拌針的攪拌端部外壁上沿周向均勻布設(shè)有2至4個(gè)攪拌凸棱。
3.如權(quán)利要求1所述的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具，其特征在于，在所述攪拌凸棱外側(cè)壁上設(shè)有螺紋。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具，其特征在于，所述攪拌凸棱的外徑與所述軸肩的外徑和所述壓緊套筒的內(nèi)徑相等。
5.一種焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊工具，所述方法包括: 步驟A:將攪拌針的攪拌端部的端面與軸肩和壓緊套筒的端面齊平，所述攪拌針、軸肩和壓緊套筒的軸線(xiàn)與被焊工件表面相垂直并下壓至所述被焊工件的待焊位置，此時(shí)所述攪拌針和所述軸肩的位置為初始位置，之后，驅(qū)動(dòng)所述攪拌針和所述軸肩開(kāi)始高速旋轉(zhuǎn)，并與被焊工件表面相互摩擦，產(chǎn)生的摩擦熱使被焊工件表面塑化，形成塑性流動(dòng)材料區(qū)域； 步驟B:保持所述攪拌針和所述軸肩高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，使所述攪拌針沿軸線(xiàn)向下移動(dòng)，壓入所述塑性流動(dòng)材料區(qū)域，同時(shí)驅(qū)動(dòng)所述軸肩沿軸線(xiàn)向上移動(dòng)；隨著所述攪拌針的攪拌端部壓入，所述塑性流動(dòng)材料區(qū)域深度逐漸擴(kuò)大，并將塑性流動(dòng)材料區(qū)域內(nèi)的塑化物擠壓到所述軸肩上移后由所述攪拌針與所述壓緊套筒之間形成的容置空腔中； 步驟C:繼續(xù)保持所述攪拌針和所述軸肩高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，所述攪拌針繼續(xù)向下移動(dòng)，所述軸肩繼續(xù)向上移動(dòng)，使得所述塑化物容置于所述容置空腔中； 步驟D:當(dāng)所述攪拌針的攪拌端部到達(dá)預(yù)定焊接深度后，驅(qū)動(dòng)所述攪拌針向上移動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)所述軸肩向下移動(dòng)，使得所述容置空腔中的塑化物受擠壓并逐漸回填至所述被焊工件表面形成的塑性流動(dòng)材料區(qū)域內(nèi)，同時(shí)所述攪拌針的攪拌端部保證回填至所述塑性流動(dòng)材料區(qū)域內(nèi)的塑化物的整體鍛壓成形； 步驟E:所述攪拌針向上移動(dòng)且所述軸肩向下移動(dòng)回復(fù)至所述初始位置，在所述攪拌針的攪拌凸棱的攪拌作用下及向下壓力的作用下，置于所述容置空腔內(nèi)的所述塑化物回填至塑性流動(dòng)材料區(qū)域內(nèi)，并與被焊工件表面齊平，所述攪拌針和所述軸肩停止旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，塑化物冷卻后，在回填后的區(qū)域形成一個(gè)完整的焊點(diǎn)； 步驟F:將所述攪拌針、軸肩和壓緊套筒整體向上移動(dòng)，并與被焊工件分離，點(diǎn)焊過(guò)程完成。
6.如權(quán)利要求5所述的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊方法，其特征在于，所述被焊工件為兩塊焊接件對(duì)接而成，所述預(yù)定焊接深度為所述攪拌針的攪拌端部端面下移至接近所述焊接件下表面0.1mm?0.3mm位置。
7.如權(quán)利要求5所述的焊點(diǎn)區(qū)全攪拌無(wú)匙孔摩擦點(diǎn)焊方法，其特征在于，所述被焊工件為至少兩塊焊接件搭接而成，所述預(yù)定焊接深度為所述攪拌針的攪拌端部端面向下移動(dòng)至最下層焊接件的上表面以下。
【文檔編號(hào)】B23K20/26GK103801819SQ201410077972
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】趙華夏, 董春林, 欒國(guó)紅, 劉偉 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所