專利名稱：一種無匙孔攪拌摩擦焊焊接工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接領(lǐng)域，尤其涉及攪拌摩擦焊焊接工藝領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前來說，輕質(zhì)合金(主要是鋁合金)通常焊接采用常規(guī)熔焊(包括電弧焊、氬弧焊、埋弧焊等等)方法，這些常規(guī)焊接方法的缺點(diǎn)是在焊接鋁合金的過程中，由于焊前清理、冶金及焊接方法本身等原因，容易在焊縫中產(chǎn)生氣孔、夾渣及凝固裂紋的焊縫缺陷，同時，由于這類方法的熱輸入量比較大，接頭強(qiáng)度降低，焊后零件的殘余應(yīng)力和變形也比較大。
攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding)是由英國焊接研究所(The WeldingInstitute)于1991年發(fā)明的一項固相連接技術(shù)。
攪拌摩擦焊的焊接過程示意如圖1所示攪拌頭包括攪拌頭肩臺1和攪拌頭探針2兩部分，焊接開始時，攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)，攪拌頭探針2慢慢深入到工件3內(nèi)部，然后攪拌頭肩臺1緊壓在工件3表面上，此時攪拌頭肩臺1和攪拌頭探針2與工件3接觸摩擦，產(chǎn)生大量的熱量，將工件3加熱，工件3隨溫度的升高在攪拌頭肩臺1和探針2周圍的金屬逐漸具有很高的塑性變形能力，然后攪拌頭開始移動，在攪拌頭肩臺1和攪拌頭探針2的共同作用下，工件3中形成的塑性材料不斷產(chǎn)生轉(zhuǎn)移、填充，通過界面處的擴(kuò)散及再結(jié)晶而形成了焊縫。
作為一種新型固相連接技術(shù)，攪拌摩擦焊相對于常規(guī)熔焊方法來說具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)固相連接，消除了氣孔、夾雜、凝固裂紋等熔焊缺陷；(2)焊后殘余應(yīng)力和變形小；(3)接頭的各種機(jī)械性能(包括疲勞、拉伸、彎曲、塑性)優(yōu)良；(4)不需要?dú)?、氦保護(hù)氣體和填充材料，節(jié)省了大量材料的消耗；(5)工件無需焊前清理，不開坡口，簡化工序，節(jié)省成本；(6)最適于焊接平直對接焊縫，能夠進(jìn)行全位置焊接，適應(yīng)多種接頭形式(對接、搭接、丁字接、角接等)；(7)操作簡單，易于實現(xiàn)自動焊，生產(chǎn)效率高；
(8)無煙塵、輻射、飛濺、噪音及弧光等有害物質(zhì)產(chǎn)生，是一種環(huán)保型連接方法。
但攪拌摩擦焊也有自身的工藝局限性，主要為需要施加足夠的大的頂鍛壓力和向前驅(qū)動力，因而需要由一定剛性的結(jié)構(gòu)牢固地夾持被焊零件來實現(xiàn)焊接；更嚴(yán)重的是由于攪拌探頭的回抽，焊縫末尾會存在“匙孔”，需要采用相應(yīng)的工藝方法去除該匙孔。
如果是平板焊接，在板材的末端會有一個圓孔產(chǎn)生，需要通過剪切將帶有匙孔的一段板材去掉，導(dǎo)致材料的浪費(fèi)；如果是圓筒，那么，采用攪拌摩擦焊方法焊接圓筒環(huán)縫時，也會出現(xiàn)匙孔現(xiàn)象，即在圓筒攪拌摩擦焊結(jié)束后，在焊縫結(jié)束的位置也會有一個圓孔產(chǎn)生。
目前解決該問題的方法有兩種，一種是采用可伸縮攪拌頭，隨著焊接的進(jìn)行，攪拌頭逐步的回縮，靠周圍的金屬填充匙孔；但這種方法的不足之處在于可伸縮攪拌頭的設(shè)計制造十分復(fù)雜、困難，成本較高；另一種是采用摩擦塞補(bǔ)焊的方法，即在攪拌摩擦焊焊接結(jié)束以后，將產(chǎn)生的匙孔加工成特定形狀，然后采用相同形狀的塞補(bǔ)棒，在驅(qū)動力作用下摩擦、頂煅，使匙孔消除。這種方法的不足之處在于多一道工序，而且還需要專用的塞焊設(shè)備，因而成本高昂，工藝復(fù)雜。尋找一種工藝簡單、操作方便而且成本低廉的無匙孔攪拌摩擦焊接工藝就成為本領(lǐng)域所急需解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、操作方便并且成本低廉的無匙孔攪拌摩擦焊焊接工藝。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案達(dá)到的一種無匙孔攪拌摩擦焊焊接工藝，其步驟如下先使攪拌頭沿焊接本體的對接縫位置碾壓攪拌，形成焊縫，其特征在于在焊接開始一段時間后，在焊接結(jié)束位置的焊接本體對接縫上貼合一填充塊，填充塊與焊接本體相對一面與焊接本體的相對面一致，攪拌頭在接觸到填充塊后，沿著填充塊的外型面運(yùn)動，直到攪拌頭的探針脫離本體，再用機(jī)械方法去掉填充塊的殘余部分。
一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述焊接本體的對接縫為封閉型面。
一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述焊接本體的對接縫為圓型。
通過本發(fā)明的方法，利用現(xiàn)有的條件解決了環(huán)縫及其它型材采用攪拌摩擦焊焊接后產(chǎn)生的匙孔問題。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法簡單易行，成本低廉。首先它不需要再投入專門的設(shè)備，只需要在現(xiàn)有的工裝卡具上安裝輔助的工裝即可，減少投入，成本低廉。其次，該技術(shù)的關(guān)鍵是需要加工出與本體型面相配和的一個填充塊，然后將填充塊與本體緊密貼合，這些方面實現(xiàn)起來相對簡單，易于實現(xiàn)。而且焊接以后接頭的性能達(dá)到了設(shè)計要求。所述本體型面可以是圓形，也可以是橢圓形或其它封閉弧形。
下面通過附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但并不意味著對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。


圖1是攪拌摩擦焊原理示意圖；圖2是本發(fā)明用于焊接圓筒實施例的流程示意圖。
具體實施例方式
實施例如圖2所示，為本發(fā)明工藝用于焊接圓筒的流程示意圖，其中1為LD10鋁合金的圓筒，2為攪拌頭，3為與1同材質(zhì)的填充塊，A點(diǎn)為匙孔位置，B點(diǎn)為填充塊3與圓筒1接觸的位置，圓筒1和填充塊3的材質(zhì)是一樣的。攪拌頭2焊接圓筒1一段時間后，在焊接終點(diǎn)位置A(即匙孔位置)的靠后位置B處緊固填充塊3，填充塊3與圓筒1接觸的內(nèi)側(cè)面為與圓弧匹配的弧形凹面，其相對的外側(cè)面為兩個呈直角的平面，便于攪拌頭2在水平面上運(yùn)動，同時，填充塊的最大厚度要超過攪拌頭探針的長度，填充塊3與圓筒1的外側(cè)緊密貼合并隨圓筒1一起轉(zhuǎn)動；隨著焊接的進(jìn)行，攪拌頭2逐漸接近匙孔A位置，如圖2中的a所示；隨著圓筒1的轉(zhuǎn)動，A(匙孔)被碾填充，當(dāng)填充塊3到達(dá)水平位置，即到達(dá)B點(diǎn)時，圓筒1停止旋轉(zhuǎn)，攪拌頭2開始平移，在此處，填充塊3的金屬開始填充圓筒1中由攪拌頭2形成的匙孔，如圖2中的b所示；攪拌頭2繼續(xù)移動，由于圓筒1和填充塊3緊密結(jié)合，沒有間隙，攪拌頭2將其緊密連接到一起，不存在匙孔了，隨著攪拌頭2的繼續(xù)行進(jìn)，攪拌頭2就完全轉(zhuǎn)移到填充塊3上了，如圖2中的c和d所示，最后，將填充塊3去除掉即可。
可以應(yīng)用本技術(shù)的材料包括鋁合金、鎂合金、銅及銅合金和塑料等材料。
按GB6397-86標(biāo)準(zhǔn)從填充塊填充位置焊縫處制作拉伸試樣，根據(jù)GB228-87測量其抗拉強(qiáng)度，結(jié)果為320Mpa。
權(quán)利要求
1.一種無匙孔攪拌摩擦焊焊接工藝，其步驟如下先使攪拌頭沿焊接本體的對接縫位置碾壓攪拌，形成焊縫，其特征在于在焊接開始一段時間后，在焊接結(jié)束位置的焊接本體對接縫上貼合一填充塊，填充塊與焊接本體相對一面與焊接本體的相對面一致，攪拌頭在接觸到填充塊后，沿著填充塊的外型面運(yùn)動，直到攪拌頭的探針脫離本體，再用機(jī)械方法去掉填充塊的殘余部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無匙孔攪拌摩擦焊焊接工藝，其特征在于所述焊接本體的對接縫為封閉型面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無匙孔攪拌摩擦焊焊接工藝，其特征在于所述焊接本體的對接縫為圓型。
全文摘要
本實用新型涉及一種無匙孔攪拌摩擦焊焊接工藝，其步驟如下先使攪拌頭沿焊接本體的對接縫位置碾壓攪拌，形成焊縫，其特征在于在焊接開始一段時間后，在焊接結(jié)束位置的焊接本體對接縫上貼合一填充塊，填充塊與焊接本體相對一面與焊接本體的相對面一致，攪拌頭在接觸到填充塊后，沿著填充塊的外型面運(yùn)動，直到攪拌頭的探針脫離本體，再用機(jī)械方法去掉填充塊的殘余部分。通過本發(fā)明的方法，利用現(xiàn)有的條件解決了環(huán)縫及其它型材采用攪拌摩擦焊焊接后產(chǎn)生的匙孔問題。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法簡單易行，成本低廉。
文檔編號B23K33/00GK1788911SQ20041009867
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者王國慶, 劉憲力, 杜巖峰, 劉景鐸 申請人:首都航天機(jī)械公司