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異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法與流程

文檔序號:42227392發(fā)布日期:2025-06-20 19:16閱讀:7來源:國知局

本發(fā)明涉及攪拌摩擦焊接領域,具體地,涉及一種異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法。


背景技術:

1、搭接焊縫作為常見的焊接接頭形式,廣泛存在于各種焊接結構中。目前,搭接焊縫的攪拌摩擦焊接主要采用攪拌針穿過上部工件,將上部工件及下部工件之間的搭接界面通過攪拌針末端的旋轉鍛壓作用,在熱力耦合作用下產生冶金連接,形成致密焊縫。

2、現有技術主要通過增加搭接界面的機械連接強度實現焊縫力學性能的提升。申請?zhí)枮閡s16564872,專利名稱為《用于連接兩種不同材料的方法和裝置》的美國專利公開了一種用于異種材料搭接界面的焊接方法和裝置,將搭接界面下部工件預先加工出凹槽,通過攪拌工具將上部工件的材料擠壓至下部凹槽,形成機械連接,與下部金屬摩擦形成冶金連接。但是該裝置需要在下部工件預先加工凹槽,增加了機加工工序,制造效率和工藝適應性差;凹槽處于上部工件與下部工件中間區(qū)域,不易觀察,導致攪拌工具與焊縫對中難度大,極易產生攪拌工具與凹槽中心偏移,造成凹槽結構破壞。同時,由于上部焊縫區(qū)域的材料被擠壓轉移至下部凹槽內,導致上部材料厚度減小,降低了搭接焊縫的整體強度。

3、傳統(tǒng)搭接焊縫強度主要來源于搭接界面材料的動態(tài)再結晶組織產生的冶金連接,但是,該界面的組織性能調控難度大,焊縫強度提升有限。尤其對于異種材料焊接,搭接界面極易產生金屬間化合物,嚴重降低搭接焊縫力學性能。

4、因此,需要提供一種異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法,能夠實現對搭接界面的銑削和焊接同步加工,降低攪拌工具與焊縫中心的裝配難度,消除搭接界面預先加工工序,提高制造效率和焊接質量。


技術實現思路

1、針對現有技術中的缺陷,本發(fā)明的目的是提供一種異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法。

2、根據本發(fā)明提供的一種異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法,包括以下步驟:

3、步驟s1,前期準備階段,將銑削刀具同軸安裝在攪拌工具末端內部,且銑削刀具的銑削端延伸至攪拌工具下端面的下方,將上部工件固定在下部工件上方形成待焊工件,將攪拌工具移動至待焊工件的焊縫外側,調整攪拌工具的傾角至設定值,調整攪拌工具的壓入量至設定值;

4、步驟s2,扎入階段,攪拌工具按設定轉速旋轉,并按設定速度沿焊接方向移動,攪拌工具與上部工件攪拌摩擦,銑削刀具在下部工件表面銑削加工,扎入過程中調整攪拌工具的移動速度至攪拌工具完全扎入焊縫內部;

5、步驟s3,焊接階段,攪拌工具按設定轉速旋轉,保持壓入量恒定,并按設定速度沿焊接方向移動開始焊接,焊接過程中調整攪拌工具的移動速度保持焊縫區(qū)域的溫度恒定;

6、步驟s4,攪拌工具移動至設定位置終點后,離開工件,焊接結束。

7、優(yōu)選地,所述步驟s1中,所述上部工件與所述下部工件二者的搭接面為平面。

8、優(yōu)選地,所述步驟s1中,所述攪拌工具向遠離待焊工件的一側傾斜,所述攪拌工具的軸線與豎直方向之間形成有夾角,夾角范圍為1.0-1.5°,所述攪拌工具的壓入量范圍為0.2-0.3mm。

9、優(yōu)選地,所述步驟s1中,所述銑削刀具的安裝直徑不大于所述攪拌工具末端直徑的二分之一,且不小于所述攪拌工具末端直徑的三分之一,所述銑削刀具安裝后超出所述攪拌工具端面1.2-1.8mm。

10、優(yōu)選地,所述步驟s2中,當攪拌工具軸肩接觸上部工件時,移動速度降低至設定速度的60%;

11、當攪拌工具的攪拌針接觸上部工件時,移動速度降低至設定速度的40%;

12、當銑削刀具接觸下部工件時,移動速度降低至設定速度的30%;

13、當攪拌工具的攪拌針完全進入上部工件后,移動速度提升至設定速度的50%;

14、當攪拌工具的軸肩完全進入上部工件時,移動速度提升至設定速度的80%;

15、當攪拌工具在上部工件移動兩個軸肩直徑的距離后,移動速度提升至設定速度,進入焊接階段。

16、優(yōu)選地,所述步驟s2中,所述攪拌工具的轉速范圍為400-600r/min,所述攪拌工具沿焊接方向移動速度的范圍為80-100mm/min。

17、優(yōu)選地,所述步驟s3中,焊接過程中攪拌工具的移動速度的調節(jié)范圍不大于設定速度的30%。

18、優(yōu)選地,所述步驟s3中,焊接過程中,所述攪拌工具的下端面與所述下部工件的上表面之間的距離范圍為0.5-0.8mm。

19、優(yōu)選地,所述步驟s4中,攪拌工具停留10-15秒再離開工件。

20、優(yōu)選地,所述上部工件與所述下部工件為異種材料,且所述上部工件的焊接性優(yōu)于所述下部工件。

21、與現有技術相比,本發(fā)明具有如下的有益效果:

22、1、本發(fā)明通過將銑削刀具安裝于攪拌工具末端,實現了對搭接界面的銑削和焊接同步加工,降低了攪拌工具與焊縫中心的裝配難度,消除了搭接界面預先加工工序,擴大了有效連接區(qū)域,提高了制造效率和焊接質量。

23、2、本發(fā)明通過銑削工具加工形成凹槽,凹槽中心與攪拌工具自然對中,無需額外調整攪拌工具與焊縫中心的對中度,大大降低了裝配難度。

24、3、本發(fā)明通過在焊接過程中采用恒定熱輸入的焊縫方式,實現了搭接界面金屬間化合物的精準調控,有助于優(yōu)化焊縫整體性能;通過銑削刀具的底面與側面均與下部工件接觸,可在摩擦擠壓作用下產生冶金連接界面,擴大了冶金連接區(qū)域面積,可顯著提升焊縫強度。



技術特征:

1.一種異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法,其特征在于,包括以下步驟:

2.如權利要求1所述的異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法,其特征在于,所述步驟s1中,所述上部工件(2)與所述下部工件(3)二者的搭接面為平面。

3.如權利要求1所述的異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法,其特征在于,所述步驟s1中,所述攪拌工具(1)向遠離待焊工件的一側傾斜,所述攪拌工具(1)的軸線與豎直方向之間形成有夾角,夾角范圍為1.0-1.5°,所述攪拌工具(1)的壓入量范圍為0.2-0.3mm。

4.如權利要求1所述的異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法,其特征在于,所述步驟s1中,所述銑削刀具(4)的安裝直徑不大于所述攪拌工具(1)末端直徑的二分之一,且不小于所述攪拌工具(1)末端直徑的三分之一,所述銑削刀具(4)安裝后超出所述攪拌工具(1)端面1.2-1.8mm。

5.如權利要求1所述的異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法,其特征在于,所述步驟s2中,當攪拌工具(1)軸肩接觸上部工件(2)時,移動速度降低至設定速度的60%;

6.如權利要求1所述的異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法,其特征在于,所述步驟s2中,所述攪拌工具(1)的轉速范圍為400-600r/min,所述攪拌工具(1)沿焊接方向移動速度的范圍為80-100mm/min。

7.如權利要求1所述的異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法,其特征在于,所述步驟s3中,焊接過程中攪拌工具(1)的移動速度的調節(jié)范圍不大于設定速度的30%。

8.如權利要求1所述的異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法,其特征在于,所述步驟s3中,焊接過程中,所述攪拌工具(1)的下端面與所述下部工件(3)的上表面之間的距離范圍為0.5-0.8mm。

9.如權利要求1所述的異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法,其特征在于,所述步驟s4中,攪拌工具(1)停留10-15秒再離開工件。

10.如權利要求1所述的異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法,其特征在于,所述上部工件(2)與所述下部工件(3)為異種材料,且所述上部工件(2)的焊接性優(yōu)于所述下部工件(3)。


技術總結
本發(fā)明提供了一種異種材料搭接焊縫攪拌摩擦焊接方法,包括以下步驟:步驟S1,前期準備階段,將銑削刀具同軸安裝在攪拌工具末端內部,將上部工件固定在下部工件上方形成待焊工件,調整攪拌工具的傾角至設定值,調整攪拌工具的壓入量至設定值;步驟S2,扎入階段,攪拌工具按設定轉速旋轉,并按設定速度沿焊接方向移動;步驟S3,焊接階段,攪拌工具按設定轉速旋轉,保持壓入量恒定,焊接過程中保持焊縫區(qū)域的溫度恒定;步驟S4,焊接結束。本發(fā)明通過將銑削刀具安裝于攪拌工具末端,對搭接界面的銑削和焊接同步加工,降低了攪拌工具與焊縫中心的裝配難度,消除了搭接界面預先加工工序,擴大了有效連接區(qū)域,提高了制造效率和焊接質量。

技術研發(fā)人員:董吉義,尹玉環(huán),封小松,陳志威,徐磊,黃征,王衛(wèi)東,何建利
受保護的技術使用者:上海航天設備制造總廠有限公司
技術研發(fā)日:
技術公布日:2025/6/19
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