一種消除孔洞和環(huán)溝槽的非對(duì)稱(chēng)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊方法，具體涉及一種消除孔洞和環(huán)溝槽的非對(duì)稱(chēng)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊是一種新型固相連接技術(shù)，其采用分體式的焊具，包括壓緊環(huán)、攪拌套和攪拌針。點(diǎn)焊過(guò)程分為攪拌套下扎和攪拌針回填兩個(gè)階段:在攪拌套下扎階段，攪拌套以一定的速率勻速扎入被焊板材，同時(shí)攪拌針以另一速率勻速向上回抽。此時(shí)，被攪拌套攪拌的塑性金屬進(jìn)入攪拌針回抽所留下的攪拌套空腔內(nèi)；在攪拌針回填階段，攪拌套和攪拌針?lè)謩e以上一階段相同的速度但相反的運(yùn)動(dòng)方向分別向上回抽和下壓，此時(shí)，攪拌針將攪拌套空腔內(nèi)的塑性金屬回壓至焊點(diǎn)內(nèi)。以上兩個(gè)階段可看作兩個(gè)完全對(duì)稱(chēng)的過(guò)程，因此也可以稱(chēng)之為對(duì)稱(chēng)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊。此方法可獲得表面平整的焊點(diǎn)，從而有效解決傳統(tǒng)直插式攪拌摩擦焊點(diǎn)中心匙孔的存在而降低焊點(diǎn)有效結(jié)合面積的問(wèn)題。
[0003]但是，在對(duì)稱(chēng)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊過(guò)程中，由于焊具各部件之間采用間隙配合，一部分塑性金屬將無(wú)法避免的擠入間隙，從而造成金屬的體積損失。這就導(dǎo)致在回填階段剩余的塑性金屬體積不足，無(wú)法填滿(mǎn)攪拌套回抽所留下的間隙，從而產(chǎn)生根部孔洞和表面環(huán)溝槽缺陷，見(jiàn)圖6。這些缺陷的存在會(huì)對(duì)焊點(diǎn)的力學(xué)性能造成不利影響，因此需要將其消除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決現(xiàn)有對(duì)稱(chēng)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊過(guò)程中，回填階段剩余的塑性金屬體積不足，無(wú)法填滿(mǎn)攪拌套回抽所留下的間隙，從而產(chǎn)生根部孔洞和表面環(huán)溝槽缺陷的問(wèn)題，提供了一種消除孔洞和環(huán)溝槽的非對(duì)稱(chēng)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊方法。
[0005]本發(fā)明的一種消除孔洞和環(huán)溝槽的非對(duì)稱(chēng)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0006]步驟一、設(shè)定焊具初始位置:將壓緊環(huán)的下表面與被焊板材的上表面緊密接觸，并調(diào)節(jié)攪拌套的下表面和攪拌針的下表面與壓緊環(huán)的下表面處于同一水平面A，將此水平面A設(shè)定為點(diǎn)焊過(guò)程的零點(diǎn)，與此同時(shí)，攪拌套和攪拌針開(kāi)始旋轉(zhuǎn)；
[0007]步驟二、攪拌套下扎、攪拌針回抽:攪拌套以速度V1向下扎入被焊板材，直至到達(dá)預(yù)定扎入深度P，與此同時(shí)攪拌針以速度V2向上回抽，致使被攪拌套擠出的塑性金屬的體積等于攪拌針回抽所形成的空腔的體積，此時(shí)，塑性金屬進(jìn)入并恰好填滿(mǎn)攪拌針回抽時(shí)產(chǎn)生的空腔，其中攪拌套的扎入速度％為0.lmm/s?2mm/s，攪拌針的回抽速度V2= (D /-D22)V/D/，D1S攪拌套外徑，D 2為攪拌針外徑；
[0008]步驟三、塑性金屬變速回填:攪拌套下扎結(jié)束后開(kāi)始向上回抽，攪拌套向上回抽始終保持V1的速度，直至點(diǎn)焊結(jié)束，此步驟中攪拌針先以速度V3下壓，V3= 1.1X (Di2-D22) V1/D22?2X (D J-D22) VD22，下壓距離為 0.05X (D1^D22)P/D22~ 0.2X (D /-D22)P/D22，此后，攪拌針將速度V3降為V 2繼續(xù)下壓，直至攪拌針下表面與攪拌套下表面達(dá)到同一水平位置B，該水平位置B低于被焊板材上表面C，二者距離為H，至此，完成回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊根部孔洞和表面環(huán)溝槽缺陷的非對(duì)稱(chēng)點(diǎn)焊。
[0009]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0010]一、在塑性金屬變速回填過(guò)程的初期，增加了攪拌針從攪拌套中心空腔內(nèi)擠出的塑型金屬的體積，從而將攪拌套回抽所形成的間隙填滿(mǎn)。因此可以有效的消除焊點(diǎn)根部的孔洞缺陷。塑性金屬變速回填后，攪拌套與攪拌針的下表面水平位置低于被焊板材上表面水平位置，這樣可以有效補(bǔ)償點(diǎn)焊過(guò)程中的金屬體積損失，從而消除表面環(huán)溝槽缺陷。
[0011]二、本發(fā)明成功消除傳統(tǒng)對(duì)稱(chēng)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊根部孔洞和表面環(huán)溝槽缺陷，從而提高焊接接頭的力學(xué)性能，焊接接頭的力學(xué)性能相比現(xiàn)有技術(shù)提高了 80%。
[0012]三、從圖6可清楚的看出采用對(duì)稱(chēng)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊方法所得到的點(diǎn)焊接頭在根部存在明顯的孔洞N及表面存在明顯的環(huán)溝槽M ;從圖7可清楚的看出采用本發(fā)明的非對(duì)稱(chēng)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊方法所得到的點(diǎn)焊接頭在根部沒(méi)有孔洞N及表面也沒(méi)有環(huán)溝槽。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】一中步驟一設(shè)定焊具初始位置時(shí)的焊具與被焊板材4的剖視圖，其中D1S攪拌套外徑，D 2為攪拌針外徑；
[0014]圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】一中步驟二攪拌套下扎攪拌針回抽過(guò)程中的焊具與被焊板材4的剖視圖，P為攪拌套預(yù)定扎入深度；
[0015]圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】一中步驟三塑性金屬變速回填過(guò)程中，攪拌針以較高速度V3下壓時(shí)，焊具與被焊板材的剖視圖；
[0016]圖4是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】一中步驟三塑性金屬變速回填過(guò)程中，攪拌針下壓速度降為速度％時(shí)，焊具與被焊板材的剖視圖；
[0017]圖5是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】一中步驟三塑性金屬變速回填過(guò)程中，點(diǎn)焊過(guò)程完成時(shí)焊具與被焊板材的剖視圖；
[0018]圖6是未采用本發(fā)明的方法所得到的帶有根部孔洞和表面環(huán)溝槽缺陷的鋁合金攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭橫截面宏觀(guān)形貌圖(圖中標(biāo)記M為環(huán)溝槽，標(biāo)記N為孔洞)；
[0019]圖7是采用本發(fā)明的方法所得到的無(wú)焊接缺陷的鋁合金非對(duì)稱(chēng)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭橫截面宏觀(guān)形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1?圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0021]步驟一、設(shè)定焊具初始位置:將壓緊環(huán)I的下表面與被焊板材4的上表面緊密接觸，并調(diào)節(jié)攪拌套2的下表面和攪拌針3的下表面與壓緊環(huán)I的下表面處于同一水平面A，將此水平面A設(shè)定為點(diǎn)焊過(guò)程的零點(diǎn)，與此同時(shí)，攪拌套2和攪拌針3開(kāi)始旋轉(zhuǎn)；見(jiàn)圖1，
[0022]步驟二、攪拌套2下扎、攪拌針3回抽:攪拌套2以速度V1向下扎入被焊板材4，直至到達(dá)預(yù)定扎入深度P，與此同時(shí)攪拌針3以速度％向上回抽，致使被攪拌套2擠出的塑性金屬的體積等于攪拌針3回抽所形成的空腔5的體積，此時(shí)，塑性金屬進(jìn)入并恰好填滿(mǎn)攪拌針3回抽時(shí)產(chǎn)生的空腔5，其中攪拌套2的扎入速度 '為0.lmm/s?2mm/s，攪拌針3的回抽速度V2= (D J-D22) V1ZiD22，D1*攪拌套外徑，D 2為攪拌針外徑，見(jiàn)圖2，；
[0023]步驟三、塑性金屬變速回填:攪拌套2下扎結(jié)束后開(kāi)始向上回抽，攪拌套2向上回抽始終保持速度，直至點(diǎn)焊結(jié)束，見(jiàn)圖3，此步驟中攪拌針3先以速度V 3下壓，V 3=1.1X (Dj-D22) V1ZD2L 2X (D J-D22) V/D/，見(jiàn)圖 3，下壓距離為 0.05X (D^-D22)P/D22?
0.2 X (D/-D/) P/D22，此后，攪拌針3將速度V3降為V 2繼續(xù)下壓，見(jiàn)圖4，直至攪拌針3下表面與攪拌套2下表面達(dá)到同一水平位置B，見(jiàn)圖5，該水平位置B低于被焊板材4上表面C，二者距離為H，見(jiàn)圖5，至此，完成回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊根部孔洞和表面環(huán)溝槽缺陷的非對(duì)稱(chēng)點(diǎn)焊。
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