專利名稱：一種無匙孔攪拌摩擦點焊方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種點焊方法，具體涉及一種攪拌摩擦點焊方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)的攪拌摩擦點焊是在摩擦熱和塑性變形能的作用下，形成連接的點接頭。其 過程為一個非消耗的攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)，通過施加頂鍛壓力插入連接工件中，攪拌頭與工件 之間的摩擦，使金屬軟化并發(fā)生塑性流動，保持攪拌頭壓力并使軸肩接觸工件表面，繼續(xù) 旋轉(zhuǎn)一定時間，完成連接后攪拌頭從工件中退出，在點焊縫中心留下典型的退出孔(匙孔)。 針對匙孔的問題，德國GKSS研究中心于1999年發(fā)明了無匙孔的攪拌摩擦點焊，采用特殊 的攪拌頭，該攪拌頭由最內(nèi)部的攪拌針、中間具有軸肩功能的套筒和最外側(cè)的夾套組成， 夾套在焊接時固定，不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，套筒和最內(nèi)層的攪拌針在焊接時既發(fā)生旋轉(zhuǎn)也發(fā)生沿軸 向的相對運動，通過精確控制攪拌頭各部件的相對運動，在攪拌頭回抽的同時填充攪拌頭 在焊接過程中形成的匙孔。這種方法不但攪拌頭復雜，而且要完成復雜的相對運動，對設 備的剛性和控制精度要求嚴格，需要專門的焊接設備進行焊接，前期投入成本較大。專利 (CN101053923A)提出了一種雙面攪拌摩擦點焊技術(shù)，使焊接表面的壓入坑(匙孔)減少一 半，但仍未能解決遺留匙孔的問題。專利(CN1788911A)則采用了在焊接結(jié)束位置的焊接本 體對接縫上貼合一填充塊，攪拌頭沿著填充塊的外形面運動，直到攪拌頭的攪拌針脫離本 體，再用機械方法去掉填充塊的殘余部分的方法來有效的消除焊縫中匙孔，但這種方法無 法消除攪拌摩擦點焊點焊縫表面的匙孔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無匙孔攪拌摩擦點焊方法，以消除攪拌摩擦點焊的焊縫 表面的匙孔。本發(fā)明的方法是通過以下步驟實現(xiàn)的步驟一、點焊利用現(xiàn)有一體式焊具對兩 個疊放在一起的被焊工件進行攪拌摩擦點焊，一體式焊具參數(shù)的選擇一體式焊具上的攪 拌針的長度為3mm 9mm、一體式焊具的軸肩直徑為IOmm 28mm、一體式焊具的旋轉(zhuǎn)速度 為400轉(zhuǎn)/分鐘 1000轉(zhuǎn)/分鐘、一體式焊具的軸肩壓入量為0. Imm 0. 3mm,點焊時，焊 具逐漸扎入被焊工件，焊具停止扎入后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)2秒 5秒，提起一體式焊具，形成點焊 縫，且在點焊縫中心部位存在匙孔；步驟二、補焊利用組合式焊具對攪拌摩擦點焊中心遺 留的匙孔進行補焊，組合式焊具參數(shù)的選擇組合式焊具上的攪拌針的材質(zhì)與被焊工件材 質(zhì)相同，攪拌針前端的錐體部分的形狀與匙孔的形狀吻合，組合式焊具上的軸肩的直徑為 IOmm 28mm，組合式焊具的旋轉(zhuǎn)速度為600轉(zhuǎn)/分鐘 1200轉(zhuǎn)/分鐘，組合式焊具上的軸 肩的壓入量為0. 05mm 0. Imm,補焊時，焊具逐漸扎入匙孔內(nèi)，焊具停止扎入后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn) 3秒 5秒，提起組合式焊具，在匙孔處形成點焊縫，補焊后，攪拌針上的圓柱部分留在夾持 體上的夾持孔中 ，攪拌針上的錐體部分與匙孔發(fā)生塑性變形并遺留在匙孔內(nèi)，即實現(xiàn)無匙孔攪拌摩擦點焊。本發(fā)明具有以下優(yōu)點一、無匙孔攪拌摩擦點焊屬于固相連接，既繼承了常規(guī)攪拌 摩擦點焊焊接速度快，焊接設備和控制系統(tǒng)較簡單的優(yōu)點，又實現(xiàn)了無匙孔攪拌摩擦點焊， 且焊接過程中不出現(xiàn)金屬熔化，無氣孔、焊縫殘余應力低、工件變形小，消除了焊縫中的匙 孔。二、補焊時，焊具采用組合式焊具，由于軸肩為非消耗件，可循環(huán)使用，攪拌針為消耗件， 因此，組合式焊具方便更換。三、本發(fā)明提出的無匙孔攪拌摩擦點焊技術(shù)，操作簡單，適應性 強。


圖1是步驟二中組合式焊具的結(jié)構(gòu)主剖視圖，圖中標記1為夾持體、1-1為夾持體 上的夾持孔、2為軸肩、3為攪拌針、3-1為攪拌針上的圓柱部分、3-2為攪拌針上的錐體部 分、4為環(huán)形隔熱槽；圖2是步驟一完成后，形成點焊縫中心部位的形貌圖，圖中M為匙孔； 圖3是步驟二完成后，形成補焊縫中心部位的形貌圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖1 3說明本實施方式，本實施方式是通過以下步驟實現(xiàn) 的步驟一、點焊利用現(xiàn)有一體式焊具對兩個疊放在一起的被焊工件進行攪拌摩擦點焊， 一體式焊具參數(shù)的選擇一體式焊具上的攪拌針的長度為3mm 9mm、一體式焊具的軸肩直 徑為IOmm 28mm、一體式焊具的旋轉(zhuǎn)速度為400轉(zhuǎn)/分鐘 1000轉(zhuǎn)/分鐘、一體式焊具的 軸肩壓入量為0. Imm 0. 3mm,點焊時，焊具逐漸扎入被焊工件，焊具停止扎入后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn) 2秒 5秒，提起一體式焊具，形成點焊縫，且在點焊縫中心部位存在匙孔M，如圖2所示，匙 孔形狀規(guī)則，內(nèi)壁光滑；步驟二、補焊利用組合式焊具對攪拌摩擦點焊中心遺留的匙孔M 進行補焊，組合式焊具參數(shù)的選擇組合式焊具上的攪拌針3的材質(zhì)與被焊工件材質(zhì)相同， 攪拌針3前端的錐體部分3-2的形狀與匙孔M的形狀吻合，組合式焊具上的軸肩2的直徑 為IOmm 28mm，組合式焊具的旋轉(zhuǎn)速度為600轉(zhuǎn)/分鐘 1200轉(zhuǎn)/分鐘，組合式焊具上 的軸肩2的壓入量為0. 05mm 0. 1mm，補焊時，焊具逐漸扎入匙孔M內(nèi)，焊具停止扎入后， 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)3 5秒，提起組合式焊具，在匙孔M處形成點焊縫，補焊后，攪拌針3上的圓柱部 分3-1留在夾持體1上的夾持孔1-1中，攪拌針上的錐體部分3-2與匙孔M發(fā)生塑性變形 并遺留在匙孔M內(nèi)，如圖3所示，即實現(xiàn)無匙孔攪拌摩擦點焊。經(jīng)上述方法點焊后的匙孔 表面成形好、無宏觀缺陷，補焊位置剖面界面結(jié)合良好，攪拌針3上的錐體部分3-2與匙孔 M間無未焊合現(xiàn)象，并發(fā)生了充分的材料塑性流動，且在上下兩工件搭接界面處也發(fā)生了充 分的材料塑性流動。
具體實施方式
二 結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的步驟一中一體式焊具 的材質(zhì)為淬火熱處理高速鋼。上述材質(zhì)可以重復使用。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的步驟二中組合式焊具 上的攪拌針3的材質(zhì)與被焊工件的材質(zhì)相同。由于攪拌針3為消耗件，攪拌針3的材質(zhì)與 被焊工件的材質(zhì)相同，便于攪拌摩擦補焊過程中，攪拌針與匙孔周圍的金屬發(fā)生塑性化后 填充于匙孔內(nèi)。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四結(jié) 圖1說明本實施方式，本實施方式的步驟二中組合式焊具上的軸肩2的材質(zhì)為淬火熱處理高速鋼。上述材質(zhì)可以重復使用。其它步驟與具體實施方 式一相同。
具體實施方式
五以被焊接工件3mm厚和7. 5mm厚的鋁合金板材為例來說明本實 施方式的實現(xiàn)步驟步驟一、點焊利用現(xiàn)有一體式焊具對兩個疊放在一起的被焊工件進 行攪拌摩擦點焊，一體式焊具參數(shù)的選擇一體式焊具上的攪拌針的長度為9mm、一體式焊 具的軸肩直徑為26mm、一體式焊具的旋轉(zhuǎn)速度為600轉(zhuǎn)/分鐘、一體式焊具的軸肩壓入量為 0. 1mm，點焊時，焊具逐漸扎入被焊工件，焊具停止扎入后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)2秒，提起一體式焊具， 形成點焊縫，且在點焊縫中心部位存在匙孔M，如圖2所示，匙孔形狀規(guī)則，內(nèi)壁光滑；步驟 二、補焊利用組合式焊具對攪拌摩擦點焊中心遺留的匙孔M進行補焊，組合式焊具參數(shù)的 選擇組合式焊具上的攪拌針3的材質(zhì)與被焊工件材質(zhì)相同，攪拌針3前端的錐體部分3-2 的形狀與匙孔M的形狀吻合，組合式焊具上的軸肩2的直徑為26mm，組合式焊具的旋轉(zhuǎn)速度 為800轉(zhuǎn)/分鐘，組合式焊具上的軸肩2的壓入量為0. 05mm，補焊時，焊具逐漸扎入匙孔M 內(nèi)，焊具停止扎入后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)3秒，提起組合式焊具，形成點焊縫，補焊后， 攪拌針3上的圓 柱部分3-1留在夾持體1上的夾持孔1-1中，攪拌針上的錐體部分3-2與匙孔M發(fā)生塑性 變形并遺留在匙孔M內(nèi)，如圖3所示，即實現(xiàn)無匙孔攪拌摩擦點焊。經(jīng)上述方法點焊后的匙 孔表面成形好、無宏觀缺陷，補焊位置剖面界面結(jié)合良好，攪拌針上的錐體部分3-2與匙孔 M間無未焊合現(xiàn)象，并發(fā)生了充分的材料塑性流動，且在上下兩工件搭接界面處也發(fā)生了充 分的材料塑性流動。
權(quán)利要求
一種無匙孔攪拌摩擦點焊方法，其特征在于所述方法是通過以下步驟實現(xiàn)的步驟一、點焊利用現(xiàn)有一體式焊具對兩個疊放在一起的被焊工件進行攪拌摩擦點焊，一體式焊具參數(shù)的選擇一體式焊具上的攪拌針的長度為3mm～9mm、一體式焊具的軸肩直徑為10mm～28mm、一體式焊具的旋轉(zhuǎn)速度為400轉(zhuǎn)/分鐘～1000轉(zhuǎn)/分鐘、一體式焊具的軸肩壓入量為0.1mm～0.3mm，點焊時，焊具逐漸扎入被焊工件，焊具停止扎入后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)2秒～5秒，提起一體式焊具，形成點焊縫，且在點焊縫中心部位存在匙孔(M)；步驟二、補焊利用組合式焊具對攪拌摩擦點焊中心遺留的匙孔(M)進行補焊，組合式焊具參數(shù)的選擇組合式焊具上的攪拌針(3)的材質(zhì)與被焊工件材質(zhì)相同，攪拌針(3)前端的錐體部分(3-2)的形狀與匙孔(M)的形狀吻合，組合式焊具上的軸肩(2)的直徑為10mm～28mm，組合式焊具的旋轉(zhuǎn)速度為600轉(zhuǎn)/分鐘～1200轉(zhuǎn)/分鐘，組合式焊具上的軸肩(2)的壓入量為0.05mm～0.1mm，補焊時，焊具逐漸扎入匙孔(M)內(nèi)，焊具停止扎入后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)3秒～5秒，提起組合式焊具，在匙孔(M)處形成點焊縫，補焊后，攪拌針(3)上的圓柱部分(3-1)留在夾持體(1)上的夾持孔(1-1)中，攪拌針上的錐體部分(3-2)與匙孔(M)發(fā)生塑性變形并遺留在匙孔(M)內(nèi)，即實現(xiàn)無匙孔攪拌摩擦點焊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無匙孔攪拌摩擦點焊方法，其特征在于所述步驟一中一 體式焊具的材質(zhì)為淬火熱處理高速鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無匙孔攪拌摩擦點焊方法，其特征在于所述步驟二中組 合式焊具上的攪拌針(3)的材質(zhì)與被焊工件的材質(zhì)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述一種無匙孔攪拌摩擦點焊方法，其特征在于所述步驟二 中組合式焊具上的軸肩(2)的材質(zhì)為淬火熱處理高速鋼。
全文摘要
一種無匙孔攪拌摩擦點焊方法，它涉及一種點焊方法。本發(fā)明的目的為消除攪拌摩擦點焊的焊縫表面匙孔的問題。方法一、利用一體式焊具對被焊工件進行點焊，點焊時，焊具逐漸扎入被焊工件，焊具停止扎入后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)2～5秒，提起一體式焊具，形成點焊縫，且在點焊縫中心部位存在匙孔；二、利用組合式焊具對步驟一遺留的匙孔進行補焊，補焊時，焊具逐漸扎入匙孔內(nèi)，焊具停止扎入后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)3～5秒，提起組合式焊具，在匙孔處形成點焊縫，補焊后，攪拌針上的圓柱部分留在夾持體上的夾持孔中，攪拌針上的錐體部分與匙孔發(fā)生塑性變形并遺留在匙孔內(nèi)，即實現(xiàn)無匙孔攪拌摩擦點焊。本發(fā)明用于無匙孔攪拌摩擦點焊和常規(guī)攪拌摩擦點焊縫匙孔的補焊。
文檔編號B23K20/12GK101837513SQ20101013683
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者劉會杰, 李金全, 田英, 韓冰, 黃永憲 申請人:哈爾濱工業(yè)大學