專利名稱：一種攪拌摩擦點焊技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新的金屬材料連接方法。
背景技術：
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，普通鋼板已不能滿足汽車輕量化發(fā)展趨勢要求。各種有色金屬材料逐漸在汽車制造業(yè)得到了應用，但是有色金屬焊接性較差，使得有色金屬在汽車制造領域的應用得到了限制。英國焊接研究所(The WeldingInstitute，簡稱TWI)于1991年提出的一種固態(tài)連接方法——攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding，簡稱FSW)，此技術原理簡單、控制參數(shù)少、易于自動化、無輻射、可將焊接過程中的人為因素降到最低。該技術為一種低溫固相連接技術，焊接過程中不產生金屬的熔化，適用于難以用熔化焊焊接的低熔點合金，目前各國都在競相研發(fā)，在航空、船舶、高速列車、裝甲戰(zhàn)車等領域有著廣泛的應用。隨著攪拌摩擦焊技術研究的進一步深入，在此技術基礎之上，提出了攪拌摩擦焊點焊技術(Friction Stir Spot Welding，簡稱FSSW)。攪拌摩擦點焊技術與攪拌摩擦焊技術區(qū)別在于攪拌摩擦點焊沒有沿焊縫縱向的移動，并且在點焊過程中攪拌頭無(焊接方向)傾角。攪拌摩擦點焊技術綜合了傳統(tǒng)點焊過程及攪拌摩擦焊技術的熱源產生方式，在摩擦熱及塑性變形能的作用下，形成了牢固連接的點接頭。過去，車身板材的連接采用電阻點焊技術，焊接過程需要大型專用設備來提供持續(xù)的大電流。而采用攪拌摩擦點焊只需要一個非消耗的攪拌頭，旋轉著插入待焊工件，通過攪拌頭與工件之間的摩擦，使金屬軟化并發(fā)生塑性流動，通過攪拌頭施加的鍛壓力形成可靠的連接。采用攪拌摩擦點焊唯一的能量消耗是驅動攪拌頭旋轉以及施加鍛壓力所消耗的電能，整個焊接過程不需要傳統(tǒng)電阻點焊所必須的大電流以及壓縮空氣。采用攪拌摩擦點焊技術焊接鋁合金節(jié)約了99％的能量消耗。并且由于不需要大型的供電設備以及專用的點焊設備，設備成本降低了40％。并且焊接過程中無飛濺、煙塵，使焊接過程更綠色環(huán)保、焊接環(huán)境更安全。攪拌摩擦點焊也存在一些缺點其一，焊后壓入坑深；其二，表面擠出物多；因此給后續(xù)處理工作帶來了巨大的麻煩。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在焊后壓入坑深，表面擠出物的多問題，提出了一種新的攪拌摩擦點焊技術，解決了攪拌摩擦點焊壓入坑深、擠出物多的缺點，大大降低了后續(xù)處理的工作量。本發(fā)明一種攪拌摩擦點焊技術采用攪拌頭，旋轉著插入待焊工件，通過攪拌頭與工件之間的摩擦，使金屬軟化并發(fā)生塑性流動，通過攪拌頭施加的鍛壓力形成可靠的連接，其特點在于通過裝置從兩面同時攪拌摩擦點焊加工；并且本發(fā)明的施焊部分主要包括四個部分，即上、下攪拌頭和上、下軸肩。所述上、下軸肩設計在攪拌頭的周圍，可以在施焊時對待焊件施加一定的壓力F2和高速旋轉，其作用主要是一是防止塑性金屬外溢；二是與待焊件表面摩擦產生熱量，補償實現(xiàn)高質量焊接所需的一部分熱量。本發(fā)明施焊時，上、下軸肩按一定的方向旋轉，且旋轉方向可以是同向也可以是逆向旋轉；而上、下攪拌頭加載壓力F1，F(xiàn)1大于F2，上、下攪拌頭旋轉方向與軸肩旋轉方向相同或者相反，使上、下攪拌頭插人待焊件1、2到一定的深度并維持一段時間，通過上、下軸肩和上、下攪拌頭與1、2待焊件表面摩擦，把產生的熱量傳入給待焊件1、2，使待焊件1、2接觸面處在熱——機作用下形成高質量焊點，焊接完成后，上、下攪拌頭先卸載拔出，然后上、下軸肩卸載，并停止旋轉，雙面攪拌摩擦點焊與現(xiàn)有的攪拌摩擦點焊技術的主要區(qū)別在于1、雙面攪拌摩擦點焊過程的摩擦熱及塑性變形能是從上下兩面產生的；2、雙面攪拌摩擦點焊技術上、下的攪拌頭周圍有可以自由旋轉的軸肩，軸肩的旋轉可以補充在雙面攪拌摩擦點焊過程中攪拌頭產熱的不足；正是由于這些區(qū)別，不僅可以使焊接表面的壓入坑和擠出物都減少一半而且使焊接過程的產熱提高一倍。因而雙面攪拌摩擦焊不僅可以克服單面攪拌摩擦點焊的缺點還可以提高生產率。


圖1雙面攪拌摩擦點焊前攪拌頭及軸肩與工件相對位置；
圖2雙面攪拌摩擦點焊時攪拌頭及軸肩與工件相對位置及攪拌頭與軸肩旋轉方向和加載壓力；圖3雙面攪拌摩擦點焊完成后，攪拌頭拔出過程；
具體實施例方式本發(fā)明是通過設計上、下兩個軸肩和上、下兩個攪拌頭，通過上、下軸肩與攪拌頭同時旋轉與加壓，使被焊件在熱——機聯(lián)合作用下形成高質量焊點。
圖1為雙面攪拌摩擦點焊原理圖，1和2為待焊件，3為上軸肩，4為上攪拌頭，5為下軸肩，6為下攪拌頭。由圖1所示的雙面攪拌摩擦點焊焊接過程原理圖的設備參數(shù)包括壓力F1，F(xiàn)2；軸肩3、5旋轉速度ω1；攪拌頭4、6旋轉速度ω2，及水平移動速度V；攪拌頭4、6及軸肩3、5上下移動行程S；攪拌頭4、6的插入深度h、插入速度v1、插入停留時間t、攪拌頭的回抽速度v2；以及上下攪拌頭同軸度等參數(shù)。壓力F1(用于焊接)取值范圍為1470-5880N；壓力F2(用于產熱和防止塑性金屬外溢)取值可略小，范圍可定為1000-5000N；攪拌頭旋轉速度ω2范圍0-4500RPM；軸肩的旋轉速度ω1(旋轉方向和ω2相反)范圍0-4500RPM；攪拌頭及軸肩上下移動行程S和攪拌摩擦點焊試樣的厚度有直接的關系，在試驗時一般用到的板材的厚度范圍為1mm～10mm，因此在焊前軸肩之間的間距要大于20mm，焊接時間距能夾緊達到2mm左右，故要求軸肩的間距在0-30mm之間可變化，即上、下軸肩上下移動的行程均選為0-15mm；上攪拌頭的插入深度h＝上攪拌頭下移距離與上軸肩下移距離的差值；與板厚相關，板厚度越大插入的深度可選擇越大。插入的時間可在0.1-1.0s變化；插入停留時間t指攪拌頭到位后停留的時間，對接頭的質量有直接的影響，可選擇插入停留時間可在0.1-1.0s變化；由于雙面攪拌摩擦點焊時是上下點焊同時進行，并且加載的力較大，因此在焊接時要求上下攪拌頭的同軸度好。如圖1所示施焊前，將待焊件1和2搭接，通過上、下軸肩施加一定的壓力F1于待焊件上；如圖2所示，施焊時，上、下軸肩按一定的方向旋轉，而上、下攪拌頭加載壓力F1，F(xiàn)1大于F2，且上、下攪拌頭旋轉方向與軸肩旋轉方向相反，使上、下攪拌頭插人待焊件1、2到一定的深度并維持一段時間，通過上、下軸肩和上、下攪拌頭與1、2待焊件表面摩擦，把產生的熱量傳入給待焊件1、2，使待焊件1、2接觸面處在熱——機作用下形成高質量焊點；如圖3所示，焊接完成后，上、下攪拌頭先卸載拔出，然后上、下軸肩卸載，并停止旋轉。
權利要求
1.一種攪拌摩擦點焊技術采用攪拌頭，旋轉著插入待焊工件，通過攪拌頭與工件之間的摩擦，使金屬軟化并發(fā)生塑性流動，通過攪拌頭施加的鍛壓力形成可靠的連接，其特點在于通過裝置從兩面同時攪拌摩擦點焊加工；并且本發(fā)明的施焊部分主要包括四個部分，即上、下攪拌頭和上、下軸肩；所述上、下軸肩設計在攪拌頭的周圍，在施焊時對待焊件施加一定的壓力和高速旋轉，上、下攪拌頭旋轉方向與軸肩旋轉方向相反；上、下攪拌頭插入待焊件到一定的深度并維持一段時間，通過上、下軸肩和上、下攪拌頭與待焊件表面摩擦，把產生的熱量傳入給待焊件，使待焊件接觸面處在熱——機作用下形成高質量焊點；焊接完成后，上、下攪拌頭先卸載拔出，然后上、下軸肩卸載，并停止旋轉。
全文摘要
一種攪拌摩擦點焊技術采用攪拌頭，從兩面同時攪拌摩擦點焊加工；并且本發(fā)明的施焊部分主要包括四個部分，即上、下攪拌頭和上、下軸肩；雙面攪拌摩擦點焊過程的摩擦熱及塑性變形能是從上下兩面產生的；雙面攪拌摩擦點焊技術上、下的攪拌頭周圍有可以自由旋轉的軸肩，軸肩的旋轉可以補充在雙面攪拌摩擦點焊過程中攪拌頭產熱的不足；正是由于這些區(qū)別，不僅可以使焊接表面的壓入坑和擠出物都減少一半而且使焊接過程的產熱提高一倍，因而雙面攪拌摩擦焊不僅可以克服單面攪拌摩擦點焊的缺點還可以提高生產率。
文檔編號B23K20/12GK101053923SQ20071005225
公開日2007年10月17日 申請日期2007年5月21日 優(yōu)先權日2007年5月21日
發(fā)明者董仕節(jié), 黃華, 謝志勇 申請人:湖北汽車工業(yè)學院