一種針對中厚板材的攪拌摩擦雙面焊方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種針對中厚板材的攪拌摩擦雙面焊方法，屬于新的金屬材料連接方法。焊接方法如下：一、將待焊鎂合金板材對接固定在工作臺上；二、利用FSW設(shè)備對其進(jìn)行雙面焊分次焊接，將攪拌頭以旋轉(zhuǎn)速度ω、焊接速度Vh、下壓量h進(jìn)行一次焊縫焊接；三、將工件翻轉(zhuǎn)，在一次焊縫的背部進(jìn)行二次焊縫的焊接，焊接參數(shù)與步驟二相同。本發(fā)明通過調(diào)整二次焊縫的起始位置，可改善金屬的塑性流動(dòng)，有助于消除焊縫橫截面兩側(cè)熱力影響區(qū)的不對稱性，提高接頭力學(xué)性能；避免中厚板根部未焊透缺陷的產(chǎn)生；兩次焊接也減小了表層焊縫金屬出現(xiàn)局部過熱的可能。
【專利說明】一種針對中厚板材的攪拌摩擦雙面焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料加工工程中的焊接工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種針對中厚板材的攪拌摩擦雙面焊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金具有高的比強(qiáng)度和比剛度，尺寸穩(wěn)定性高，減振性能、導(dǎo)熱性能、鑄造性能和可切削加工性能良好，是目前工業(yè)上應(yīng)用最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料和特殊用途的功能材料。因此，鎂合金在汽車、航空航天、軌道交通等工業(yè)領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用。傳統(tǒng)上鎂合金的連接主要通過熔化焊，易產(chǎn)生蒸發(fā)、晶粒粗大和高殘余應(yīng)力等缺陷。而新型的攪拌摩擦焊是一種固相連接方法，無熔化焊的缺陷，殘余應(yīng)力和變形小，而且適合全位置焊接。該方法經(jīng)常在待焊材料的一個(gè)面上進(jìn)行焊接，因此稱為攪拌摩擦單面焊。
[0003]單面焊存在諸多不足:一、軸肩只作用于工件表面，易導(dǎo)致底部熱量不足形成未焊透缺陷；二、如果通過提高旋轉(zhuǎn)速度改善底部缺陷，又易出現(xiàn)表層焊縫過熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有中厚板接頭連接強(qiáng)度較低的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種攪拌摩擦雙面焊方法。
[0005]該種針對中厚板材的攪拌摩擦雙面焊方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一、焊前用酒精將待焊板材的油污清洗干凈，然后將板材用夾具固定在焊接工作臺上，使兩板材處于對接且位于同一平面；
[0007]步驟二、攪拌頭以旋轉(zhuǎn)速度ω、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向從上表面以插入速度Vz插入焊接起始位置，保持軸肩下壓量為h ；
[0008]步驟三、攪拌頭以焊接速度Vh沿對接面左側(cè)開始焊接，焊接過程中保持旋轉(zhuǎn)速度不變，直到焊完右側(cè)，從而形成一次焊接焊縫；
[0009]步驟四、將工件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，在一次焊縫位置的背部進(jìn)行二次焊縫的焊接，根據(jù)二次焊縫的起始位置的不同分為同向焊接和異向焊接，焊接參數(shù)與步驟二、三相同。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
[0011]1、利用攪拌頭分別對被焊工件兩個(gè)面進(jìn)行焊接，可改善底部金屬的塑性流動(dòng)，降低板厚方向上的熱力梯度，從而提高接頭的力學(xué)性能；
[0012]2、當(dāng)兩次焊接為同向焊接時(shí)，可避免兩次焊接的前進(jìn)側(cè)位于板材同側(cè)，從而改變
薄弱位置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為攪拌摩擦雙面焊同向焊接示意圖。
[0014]圖2為攪拌摩擦雙面焊異向焊接示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0015]為了充分說明本發(fā)明的特性以及實(shí)施本發(fā)明的方式，下面給出實(shí)施例。
[0016]以下實(shí)施例涉及對所述焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能測試方法如下:力學(xué)性能測試:按照GB/2651-2008將實(shí)施例制得的焊接接頭加工成拉伸試樣2個(gè)，將試樣進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)。所述稀土鎂合金母材的抗拉強(qiáng)度為300MPa。
[0017]實(shí)施例1
[0018]將IOmm厚稀土鎂合金板材對接放置，固定在墊板上；攪拌頭軸肩為雙凹圓環(huán)形狀，直徑為20mm ;攪拌針為錐形右旋的螺紋形，直徑5?7mm，長度為4.8mm。將旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與焊接面對中。開始焊接時(shí)，攪拌頭以插入速度20mm/min插入焊接起始位置,軸肩下壓量為0.2mm，停留2s ;開始移動(dòng)，保持?jǐn)嚢桀^的旋轉(zhuǎn)速度為600r/min，焊接速度為80mm/min ；攪拌頭移動(dòng)停止后，停留2s攪拌頭抽出，焊接結(jié)束，得到一次焊縫。將工件翻轉(zhuǎn)，在一次焊縫起始位置的背部作為二次焊接的起始位置，進(jìn)行二次焊縫的同向焊接，焊接參數(shù)與步驟
二、三相同。焊接結(jié)束從而得到攪拌摩擦雙面焊的同向焊接的完整焊縫。
[0019]焊接接頭上下表面成形良好，沒有大的變形，無明顯的缺陷；經(jīng)準(zhǔn)靜態(tài)拉伸力學(xué)性能測試可知:接頭抗拉強(qiáng)度為285.6MPa，達(dá)到母材強(qiáng)度的95.2%，斷口位于焊核區(qū)。
[0020]實(shí)施例2
[0021]將IOmm厚稀土鎂合金板材對接放置，固定在墊板上；一次焊縫制備方法步驟同實(shí)施例1，得到一次焊縫；將工件翻轉(zhuǎn)，在一次焊縫結(jié)束位置的背部作為二次焊接的起始位置，進(jìn)行二次焊縫的異向焊接，焊接參數(shù)同實(shí)施例1。焊接結(jié)束從而得到攪拌摩擦雙面焊的異向焊接的完整焊縫。
[0022]焊接接頭上下表面成形良好，沒有大的變形，無明顯的缺陷；經(jīng)準(zhǔn)靜態(tài)拉伸力學(xué)性能測試可知:接頭抗拉強(qiáng)度為267.8MPa，達(dá)到母材強(qiáng)度的89.3%，斷口位于兩次焊接的熱力影響區(qū)。
[0023]實(shí)施例3
[0024]對20mm厚AZ80鎂合金進(jìn)行攪拌摩擦雙面焊同向?qū)?，母材的抗拉?qiáng)度為299MPa。將板材對接固定在墊板上，所用攪拌頭軸肩為雙凹圓環(huán)形狀，直徑為22mm;攪拌針為錐形右旋的螺紋形，直徑6?10mm，長度為9.7mm。兩次焊接的工藝參數(shù)相同，分別為:焊接旋轉(zhuǎn)速度為250r/min,焊接速度為80mm/min,下壓量為0.2mm。最終得到攪拌摩擦雙面焊的同向焊接的完整焊縫。
[0025]焊接接頭上下表面成形良好，無明顯的缺陷；準(zhǔn)靜態(tài)拉伸力學(xué)性能測試得，接頭抗拉強(qiáng)度為262.2MPa，達(dá)到母材強(qiáng)度的87.7%，斷口位置在焊核區(qū)。
[0026]實(shí)施例4
[0027]對20mm厚AZ80鎂合金進(jìn)行攪拌摩擦雙面焊異向?qū)樱覆牡目估瓘?qiáng)度為299MPa。所用攪拌頭的幾何尺寸和工藝參數(shù)同實(shí)施例3。
[0028]焊接接頭上下表面成形良好，無明顯的缺陷；準(zhǔn)靜態(tài)拉伸力學(xué)性能測試得，接頭抗拉強(qiáng)度為221.3MPa，達(dá)到母材強(qiáng)度的74.0%，斷口位置在兩次焊接的熱力影響區(qū)。
[0029]實(shí)施例5
[0030]對20mm厚AZ80鎂合金進(jìn)行攪拌摩擦單面焊對接，母材的抗拉強(qiáng)度為336.5MPa。所用攪拌頭軸肩為直徑為32mm ;攪拌針為錐形右旋的螺紋形，直徑9?14mm，長度為19.7mm。焊接的旋轉(zhuǎn)速度為350r/min,焊接速度為80mm/min,下壓量為0.2mm。最終得到攪拌摩擦單
面焊的完整焊縫。
[0031]焊接接頭上下表面成形良好，無明顯的缺陷；準(zhǔn)靜態(tài)拉伸力學(xué)性能測試得，接頭抗拉強(qiáng)度為196.6MPa，達(dá)到母材強(qiáng)度的58.4%，斷口位置在焊核區(qū)。
[0032]本發(fā)明包括但不限于以上實(shí)施例，凡是在本發(fā)明的精神和原則之下進(jìn)行的任何等同替換或局部改進(jìn)，都將視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種針對中厚板材的攪拌摩擦雙面焊方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、焊前用酒精將待焊板材的油污清洗干凈，然后將板材用夾具固定在焊接工作臺上，使兩板材處于對接且位于同一平面； 步驟二、攪拌頭以旋轉(zhuǎn)速度ω、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向從上表面以插入速度Vz插入焊接起始位置，保持軸肩下壓量為h; 步驟三、攪拌頭以焊接速度Vh沿對接面左側(cè)開始焊接，焊接過程中保持旋轉(zhuǎn)速度不變，直到焊完右側(cè)，從而形成一次焊接焊縫； 步驟四、將工件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，在一次焊縫位置的背部進(jìn)行二次焊縫的焊接，根據(jù)二次焊縫的起始位置的不同分為同向焊接和異向焊接，焊接參數(shù)與步驟二、三相同。
2.如權(quán)利要求1所述的一種針對中厚板材的攪拌摩擦雙面焊方法，其特征在于，所述板材為擠壓成型的Mg-Gd-Y稀土鎂合金,厚度10mm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種針對中厚板材的攪拌摩擦雙面焊方法，其特征在于，步驟二至步驟四中同向焊接中兩次焊接的前進(jìn)側(cè)熱力影響區(qū)位于接頭焊縫中心的兩側(cè)，而根據(jù)攪拌摩擦單面焊得知，前進(jìn)側(cè)熱力影響區(qū)為焊縫的薄弱區(qū)域，而同向焊接可以有效避免兩次焊接的前進(jìn)側(cè)薄弱區(qū)域位于接頭的同一側(cè)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種針對中厚板材的攪拌摩擦雙面焊方法，其特征在于，所用的攪拌頭的幾何尺寸相同。
5.如權(quán)利要求4所述的一種針對中厚板材的攪拌摩擦雙面焊方法，其特征在于，所述攪拌頭為雙凹圓形狀，攪拌針為右旋螺紋型。
6.一種針對中厚板材的攪拌摩擦雙面焊方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)焊前用酒精將待焊板材的油污清洗干凈，然后將板材用夾具固定在焊接工作臺上，使兩板材處于對接且位于同一平面； (2)攪拌頭以旋轉(zhuǎn)速度ω、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向從上表面以插入速度Vz插入焊接起始位置，保持軸肩下壓量為h; (3)利用攪拌摩擦焊設(shè)備對其進(jìn)行雙面分次焊接，攪拌頭以焊接速度Vh沿對接面左側(cè)開始焊接，焊接過程中保持旋轉(zhuǎn)速度不變，直到焊完右側(cè)，從而形成一次焊接焊縫； (4)將工件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，在一次焊縫結(jié)束位置的背部作為二次焊接的起始位置左側(cè)，進(jìn)行二次焊縫的焊接，焊接參數(shù)與步驟(2)、(3)相同，這種焊接為異向焊接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種針對中厚板材的攪拌摩擦雙面焊方法，其特征在于，步驟(2)、(3)和(4)中所述的異向焊接中的兩次焊接的前進(jìn)側(cè)熱力影響區(qū)位于接頭焊縫中心的同側(cè)，而根據(jù)攪拌摩擦單面焊得知，前進(jìn)側(cè)熱力影響區(qū)為焊縫的薄弱區(qū)域，從而使異向焊接的薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)在兩次焊接的前進(jìn)側(cè)熱力影響區(qū)位于焊縫中心的同側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種針對中厚板材的攪拌摩擦雙面焊方法，其特征在于，步驟(2)、(3)和(4)中所述攪拌頭的幾何尺寸相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種針對中厚板材的攪拌摩擦雙面焊方法，其特征在于，所述攪拌頭為雙凹圓形狀，攪拌針為右旋螺紋型。
【文檔編號】B23K20/24GK103920986SQ201410186570
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】楊素媛, 劉冬冬 申請人:北京理工大學(xué)