專利名稱：導電-攪拌摩擦復合熱源焊接方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種攪拌摩擦熱源和電阻熱源形成的復合熱源的 新型焊接技術(shù)。
背景技術(shù)：
1991年英國焊接研究所(TWI)的Wayne Thomas發(fā)明了攪拌磨擦焊(Friction Stir Welding-FSW)，它采用特殊形狀的攪拌頭，通過向攪拌頭施加壓力，將其插入待焊材 料的結(jié)合面，直到攪拌頭的軸肩和母材表面接觸。隨著攪拌頭的下降，攪拌頭的表面 與母材摩擦產(chǎn)生熱量，并在其周圍形成螺旋狀的塑性流體，軸肩下面同時產(chǎn)生塑性流 體，結(jié)合界面的金屬在摩擦熱的作用下處于熱塑性狀態(tài)，然后開始焊接。在攪拌頭的 驅(qū)動下，攪拌頭和母材做相對運動。攪拌頭做攪拌運動是一個連續(xù)的熱過程，產(chǎn)生的 塑性流體從攪拌頭前部向后方移動，隨著工件的移動，攪拌頭后面的塑流材料冷卻形 成焊縫，在攪拌頭壓力作用下形成塑化連接。攪拌摩擦焊具有以下優(yōu)點(1)固態(tài)連 接無粗大凝固組織和熔焊缺陷，熱變形和殘余應力小，可以實現(xiàn)大型框架結(jié)構(gòu)的精 密焊接；(2)制造成本低焊前無需開坡口和特殊清理，無需金屬填料、保護氣體或焊 劑，能量消耗比熔化焊低80%，還可實現(xiàn)水下焊接；(3)綠色環(huán)保沒有煙塵飛濺、強 弧光、輻照和輻射，噪音低；(4)機械化/自動化類似銑床加工，無需傳統(tǒng)焊工的技 術(shù)等級培訓，操作過程簡便，人為因素影響小，易于實現(xiàn)自動化，焊頭質(zhì)量重復性好； (5)工藝要求低允許對接間隙容差0.1t(為板厚)；(6)焊縫表觀好焊工件表面平整， 無明顯焊縫凸起和焊滴缺陷，無需后續(xù)表面處理；(7)力學性能好疲勞、斷裂及彎曲 等性能明顯優(yōu)于熔化焊，而且力學性能各向同性。從此以后，基于這種固相連接技術(shù) 的明顯優(yōu)越性，使攪拌摩擦焊成為世界范圍內(nèi)得到快速發(fā)展的焊接技術(shù)之一，尤其是 應用在鋁合金、鎂合金、鋅合金、銅合金、鉛合金等低熔點的有色金屬方面，在工程 應用中帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。攪拌摩擦焊在低熔點有色金屬成功利用的過程中，科研人員發(fā)現(xiàn)對于像普通碳鋼、不銹鋼、鈦合金、甚至高溫合金等結(jié)構(gòu)材料的固相連接應用方面并不理想，其焊 接速度慢，質(zhì)量差。究其原因，主要是這些金屬熔點高，硬度大，金屬組織內(nèi)部的固 溶顆粒，第二相粒子的阻礙作用等使得僅僅靠機械力和摩擦產(chǎn)生的熱量輸入不足以得 到較好的塑性軟化組織，不能形成良好的焊接接頭。如果為了增加熱量輸入而增大攪 拌頭的下壓力和轉(zhuǎn)速，會使攪拌頭溫度急速上升，使攪拌頭高溫強度降低，加劇攪拌頭的磨損，導致攪拌頭的攪拌針斷裂而使焊接質(zhì)量嚴重下降，同時也影響攪拌頭的使 用壽命。目前國內(nèi)外的焊接工作人員都在如何提高攪拌摩擦焊在這些金屬的成功利用 方面努力。目前國內(nèi)外的研究人員主要從改變攪拌頭的幾何形狀，優(yōu)化焊接工藝參數(shù)， 改變攪拌頭軸肩或攪拌針的形狀和材料方面努力，其效果不甚理想。因此，使用熔化 焊接技術(shù)或是常規(guī)的連續(xù)驅(qū)動(慣性)摩擦焊技術(shù)進行焊接。在如何加大焊接熱量的輸入方面著手論文有很多，其主要思路是使用激光熱源或 電子束焊接熱源進行攪拌摩擦復合焊接，這類復合技術(shù)的成本很高，應用受到局限。 也有研發(fā)常規(guī)電弧熱源輔助的攪拌摩擦技術(shù)，其中有一件中國發(fā)明專利(名稱為"鴿 極惰性氣體保護電弧焊預熱-攪拌摩擦焊接復合方法"，專利號為"200510025485.0") 提供了一種新型的采用預熱方式的攪拌摩擦焊技術(shù)，該發(fā)明在焊縫的正面沿焊接方向 依次布置鎢極惰性氣體保護電弧焊和攪拌摩擦焊，并且鎢極惰性氣體保護焊槍與攪拌 頭在焊接方向上保持距離，鎢極惰性氣體保護焊槍固定在與攪拌頭相聯(lián)的滑動導桿 上，鴇極惰性氣體保護焊槍與攪拌頭之間的距離通過導桿上的調(diào)節(jié)螺絲來調(diào)節(jié)，鉤極 惰性氣體保護電弧首先施焊，然后攪拌頭在電弧對焊縫預熱的條件下，在壓力作用下 進行攪拌摩擦焊接。上述發(fā)明能有效控制和減少焊接時攪拌頭下壓力，從而減少攪拌 頭的磨損，延長攪拌頭的使用壽命，同時提高焊接速度和焊接質(zhì)量，簡化攪拌摩擦焊 對焊接工裝夾具的限制。但是，上述方法也具有一些缺陷電弧加熱不均勻，容易引 起應力集中和引起工件的變形；同時，利用電弧預熱待焊區(qū)，溫度控制不準確，可能 熔化金屬或是預熱不足，增加了攪拌摩擦焊接的復雜性，同時利用氬氣保護電弧提高 了焊接的成本，設(shè)備復雜化，限制了該焊接質(zhì)量的提高和技術(shù)發(fā)展。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種導電—攪拌摩擦復合熱源焊接 方法，該方法利用導電和接觸電阻產(chǎn)生的電阻熱能增加攪拌摩擦焊在焊接黑色金屬及 高溫合金結(jié)構(gòu)材料時在能量輸入上的不足；同時，由于電阻熱受熱均勻，故可以提高 黑色金屬和高溫合金結(jié)構(gòu)材料的焊接速度和焊接質(zhì)量，降低攪拌頭與工件的摩擦阻 力，從而延長攪拌頭的使用壽命，降低焊接缺陷，消除焊接應力。本發(fā)明的另一個目的是提供一種實現(xiàn)導電一攪拌摩擦復合熱源焊接的設(shè)備。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下本導電—攪拌摩擦復合熱源焊接方法是在攪拌摩擦焊的同時，在工件焊縫方向上 通以電流，該電流與其流經(jīng)的焊縫和摩擦攪拌焊接區(qū)的接觸電阻產(chǎn)生電阻熱，該電阻 熱與攪拌摩擦熱形成攪拌摩擦焊的復合熱源，從而實現(xiàn)導電攪拌摩擦復合熱源焊接過 程。所述電流通過如下方法設(shè)置使攪拌頭和工件與焊機主體、固定工件的夾具和工 作臺絕緣，在攪拌頭和焊縫方向設(shè)置導電塊并在攪拌頭和導電塊之間通以電流，形成5導電回路。本發(fā)明中所述電流也通過如下方法設(shè)置導電塊為兩塊，此時兩導電塊分別位于 攪拌頭兩側(cè)前后焊縫上，其中一塊導電塊位于工件底部，另一塊導電塊位于工件正面， 電源的兩個電極直接與兩塊導電塊連接，導電產(chǎn)生的電阻熱既對攪拌摩擦焊縫進行輔 助加熱，又進行焊前預熱和焊后熱處理。從設(shè)置位置關(guān)系分析，導電塊有兩種設(shè)置方案1、導電塊位于焊接正前方工件底 部焊縫上，導電產(chǎn)生的電阻熱對攪拌摩擦焊縫同時進行輔助加熱和焊前預熱；2、導 電塊位于焊接反方向工件底部焊縫上，導電產(chǎn)生的電阻熱對攪拌摩擦悍縫同時進行輔 助加熱和悍后熱處理。從與工件和攪拌頭運動關(guān)系分析，導電塊有兩種設(shè)置方案1、導電塊位于工件端 頭焊縫上與工件保持相對靜止狀態(tài)、與攪拌頭保持相對運動；2、導電塊位于摩擦攪 拌區(qū)攪拌頭附近焊縫上與攪拌頭保持相對靜止、與工件保持相對運動。導電一攪拌摩擦復合熱源焊接設(shè)備，它包括摩擦攪拌系統(tǒng)、工作臺和工件夾具， 摩擦攪拌系統(tǒng)包括攪拌頭和焊機主體，其特征在于所述焊機主體、工件夾具和工作 臺與攪拌頭和工件絕緣；在攪拌頭和焊縫方向設(shè)有導電塊；在攪拌頭的頂端設(shè)有導電 連接器，該導電連接器建立了旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與靜止的導電電極之間可靠的導電通道， 電源的一個電極通過導電連接器與旋轉(zhuǎn)的攪拌頭連接，另一個電極與導電塊連接；攪 拌頭、導電塊以及攪拌頭和導電塊之間的焊縫工件三者形成導電回路。另一種導電一攪拌摩擦復合熱源焊接設(shè)備，它包括摩擦攪拌系統(tǒng)、工作臺和工件 夾具，摩擦攪拌系統(tǒng)包括攪拌頭和焊機主體，其特征在于所述焊機主體、工件夾具 和工作臺與攪拌頭和工件絕緣；在攪拌頭和焊縫方向設(shè)有導電塊，所述導電塊為兩塊， 分別位于攪拌頭兩側(cè)前后焊縫上，其中一塊導電塊位于工件底部，另一塊導電塊位于 工件正面，電源的兩個電極直接與兩塊導電塊連接，而不與攪拌頭連接，兩導電塊及 其之間的焊縫工件三者形成導電回路。本發(fā)明提供的攪拌摩擦熱源和電阻熱源復合熱源的新型焊接方法在下述方面的應用用于黑色金屬、有色金屬、不銹鋼、高溫合金等材料的攪拌摩擦焊接。 用于黑色金屬、有色金屬、不銹鋼、高溫合金等材料的攪拌摩擦焊后熱處理。 用于黑色金屬、有色金屬、不銹鋼、高溫合金等材料的攪拌摩擦焊前預熱。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的顯著效果-其一.在電流電阻熱的輔助作用下，克服了攪拌摩擦焊在黑色金屬、鈦合金、甚至 高溫合金等結(jié)構(gòu)材料的固相連接方面能量輸入的不足，突破了攪拌摩擦焊在焊件材料 上的局限性，使其可以用于黑色金屬、不銹鋼、鈦合金等高溫結(jié)構(gòu)材料的焊接，使攪 拌摩擦焊的應用更廣。其二.可以減小攪拌頭與高強度金屬的摩擦損耗，提高攪拌頭的使用壽命。其三.降低了攪拌摩擦焊的工藝要求，既可以對攪拌摩擦焊進行輔助加熱，也用 于焊前預熱和焊后焊縫熱處理，由于電阻熱受熱均勻，由此可以進一步提高焊接速度 和焊接質(zhì)量，改善焊接接頭的力學性能。其四.降低了攪拌摩擦焊焊接缺陷的產(chǎn)生，例如因熱量不足引起的未焊合，溝槽， 空洞等缺陷。以及焊后內(nèi)應力的隨機消除，不需要特定的設(shè)備對其進行消除應力工藝。其五.所需設(shè)備簡單，成本較低，易于推廣應用。


圖l-本發(fā)明的方法與設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。l-攪拌頭；2-工件；3-導電塊；4-攪拌頭卡夾裝置；5-工件夾具；6-攪拌頭夾持絕緣 片；7-導電連接器；8-工作臺；9-導電電源；10-焊機主體。圖中箭頭i表示軸向壓力方向，箭頭n表示攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向，箭頭in表示攪拌頭運 動方向。
具體實施方式
本發(fā)明主要提供一種導電-攪拌摩擦復合熱源焊接方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備通過 導電產(chǎn)生電阻熱對攪拌摩擦焊進行輔助加熱以及焊前預熱和焊后熱處理，以克服攪拌摩 擦焊在焊接時在能量輸入上的不足(主要指黑色金屬及高溫合金結(jié)構(gòu)材料的焊接)，同 時提高焊接接頭的質(zhì)量，延長攪拌頭的使用壽命，減少缺陷的產(chǎn)生。該電阻熱和攪拌摩 擦熱形成焊接用復合熱源，從而形成一種更優(yōu)越的焊接技術(shù)。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。本導電一攪拌摩擦復合熱源焊接(簡稱EFSW)方法，包括通用的攪拌摩擦焊接 (FSW)方法，本發(fā)明的特征在于還包括下述方法使攪拌頭1和工件2與焊機主體 10、固定工件的夾具5和工作臺8的接觸部分通過絕緣材料絕緣，在攪拌頭1和位于 焊接前方工件底面焊縫上的導電塊3間通以電流，形成導電回路，該電流與其流經(jīng)的 摩擦攪拌區(qū)和前焊縫金屬的接觸電阻產(chǎn)生電阻熱，該電阻熱源和攪拌摩擦熱源共同作 用形成攪拌摩擦焊的復合熱源，從而實現(xiàn)導電一攪拌摩擦復合熱源焊接(EFSW)。由 于該電阻熱產(chǎn)生于焊縫摩擦焊接區(qū)及其前方(本發(fā)明稱之為方法l)，見圖l，因此能 對攪拌摩擦焊同時起到兩方面作用即輔助加熱和焊前預熱?；蛘?，在位于焊接反方向工件底面焊縫上設(shè)導電塊，使導電塊位于在攪拌頭l前 進留下焊縫的后部，在攪拌頭l和導電塊之間通以電流，形成導電回路，該電流與其 流經(jīng)的焊縫摩擦攪拌區(qū)和后焊縫金屬的接觸電阻產(chǎn)生電阻熱，該電阻熱源和攪拌摩擦 熱源共同作用形成攪拌摩擦焊的復合熱源，從而實現(xiàn)導電一攪拌摩擦復合熱源焊接 (EFSW)。由于該電阻熱產(chǎn)生于摩擦焊接區(qū)及其后方(本發(fā)明稱之為方法2，省略附圖)， 因此能對攪拌摩擦焊同時起到兩方面作用即輔助加熱和焊后熱處理?；蛘?，導電塊為兩塊，分別位于焊接前方工件正面(或底面)焊縫上和焊接反方 向工件底面(或正面)焊縫上，由電源的兩極直接提供電流，在攪拌頭l上沒有導電 電流，在兩個導電塊、焊縫金屬之間通以電流，形成導電回路，這樣導電產(chǎn)生的電阻 熱既能對攪拌摩擦焊進行輔助加熱，又可進行焊前預熱和焊后熱處理，本發(fā)明稱之為 方法3，省略附圖。在上述三種導電塊不同的設(shè)置方法中，每一種方法中導電塊又有兩種更具體的設(shè)置方法1、導電塊3與工件2保持相對靜止，與攪拌頭1保持相對運動狀態(tài)；2、導電塊3與攪拌頭1保持相對靜止，與工件2保持相對運動狀態(tài)。一、 如果導電塊3與工件2保持相對靜止，那么導電塊3位于焊接正方向或焊接 反方向工件2的最末端底部焊縫上。當導電塊3位于焊接正方向工件2的最末端底部焊縫上，導電塊3與攪拌頭1之 間形成的電流與其流經(jīng)的焊縫摩擦焊接區(qū)及其前方的接觸電阻產(chǎn)生電阻熱，該電阻熱 源對攪拌摩擦焊縫同時進行輔助加熱和預熱，形成電阻熱一攪拌摩擦熱的復合焊接熱 源，為焊接正方向的前焊縫固定復合焊接熱源施加方式。當導電塊3位于焊接反方向工件2的最末端底部焊縫上，導電塊3與攪拌頭1之 間形成的電流與其流經(jīng)的焊縫摩擦焊接區(qū)及其后方的接觸電阻產(chǎn)生電阻熱，該電阻熱 源對攪拌摩擦焊縫同時進行輔助加熱和焊后熱處理，為焊接反方向的后焊縫固定復合 焊接熱源施加方式。二、 如果導電塊3與攪拌頭1保持相對靜止，與工件2保持相對運動狀態(tài)，那么 導電塊3位于工件2底部焊縫上與工件2接觸并與攪拌頭1保持固定間距。當導電塊3位于焊接正方向摩擦攪拌區(qū)焊縫前方附近(1 20cm)工件2底部與攪 拌頭l保持固定間距，此時形成近摩擦攪拌區(qū)的導電回路，導電塊3與攪拌頭1之間 形成的電流與其流經(jīng)的焊縫摩擦攪拌區(qū)的接觸電阻產(chǎn)生電阻熱，該電阻熱源對攪拌摩 擦焊縫同時進行輔助加熱和局部焊縫的預熱，形成電阻熱一攪拌摩擦熱的復合焊接熱 源，為焊接正方向焊縫摩擦焊接區(qū)前方附近移動復合焊接熱源施加方式。當導電塊3位于焊接反方向摩擦攪拌區(qū)焊縫后部附近(1 20cm)工件2底部與攪 拌頭1保持固定間距，此時導電塊3與攪拌頭1之間形成的電流與其流經(jīng)的焊縫摩擦 攪拌區(qū)的接觸電阻產(chǎn)生電阻熱，該電阻熱源對攪拌摩擦焊縫同時進行輔助加熱和焊后 熱處理，為焊接反方向焊縫摩擦焊接區(qū)后方附近移動復合焊接熱源施加方式。三、 如果導電塊3為兩塊，與工件2保持相對靜止，那么這兩塊導電塊3分別位 于焊接正方向工件2的最末端正面(或底面)焊縫上和焊接反方向工件2的最末端底 面(或正面)焊縫上。如果導電塊3為兩塊，與攪拌頭l保持相對靜止，與工件2保持相對運動狀態(tài)， 那么這兩塊導電塊3分別位于焊接正方向摩擦攪拌區(qū)焊縫前方附近的正面(或底面) 和焊接反方向摩擦攪拌區(qū)焊縫后部附近的底面(或正面)，即兩塊導電塊3以一定間距分布于攪拌頭1的焊縫兩邊，與焊縫工件2移動接觸并與攪拌頭1保持固定間距。 本方法中，導電電流采用直流電流，電流的調(diào)節(jié)范圍在400A 40KA之間； 或者，導電電流采用交流電流，電流的調(diào)節(jié)范圍在400A 40KA之間，頻率使用工頻、低頻或中頻；或者，導電電流采用脈沖電流，電流的調(diào)節(jié)范圍在400A 40KA之間，單個周波 時間為0.02S;或者，上述電流的組合形式；包括與導電電流參數(shù)相配合的攪拌摩擦焊接(FSW)工藝條件攪拌頭轉(zhuǎn)速200~3000r/min,焊接速度0. 2~300cm/min，摩擦下壓力20~400KN。一種導電一攪拌摩擦復合熱源焊接(EFSW)設(shè)備，它包括摩擦攪拌焊系統(tǒng)、工作 臺和工件夾具，摩擦攪拌焊系統(tǒng)包括攪拌頭和焊機主體。本發(fā)明的特征在于所述焊 機主體10、工件夾具5和工作臺8與攪拌頭1和工件2絕緣，工作臺8與工件2的絕 緣是直接在工件2背面采用耐高溫的絕緣工作臺8，工件夾具5與工件2的絕緣是在 兩者之間設(shè)有絕緣件(也可以直接采用具有絕緣功能的夾具來固定工件，如圖1所示)， 夾持攪拌頭的卡夾裝置4與攪拌頭1之間有絕緣部件6，保證攪拌頭1與摩擦攪拌焊 接主機10絕緣，這樣使得攪拌頭1和工件2—起與整個焊接主機10絕緣，見圖l。本設(shè)備同時還包括導電系統(tǒng)，見圖l,導電系統(tǒng)包括導電塊3、導電連接器7和電 源9，導電塊3設(shè)于焊縫方向工件底部，電源9、攪拌頭l、攪拌頭1和導電塊3之間 的工件2以及導電塊3形成導電回路。導電連接器7設(shè)置于攪拌頭1頂端，電源9的 一個電極通過導電連接器7與攪拌頭1相連，該導電連接器7建立了旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與 靜止的導電電極之間可靠的導電通道，同時實現(xiàn)了電流的有效傳導，而不妨礙攪拌頭 1的旋轉(zhuǎn)運動和軸向壓力的傳遞。電源9的另一個電極通過導電塊3與工件2接觸， 這樣就建立了攪拌頭1與工件2之間唯一的導電通道，實現(xiàn)導電一攪拌摩擦復合熱源 焊接(EFSW)。當采用兩個導電塊3時，由電源9的兩個電極直接提供電流，在攪拌 頭l上不接電源電極。電源(9)提供直流，或交流，或脈沖電流，或者上述電流的組合形式。 如前面方法所述，導電塊既可以與攪拌頭保持相對靜止、與工件保持相對運動狀 態(tài)，又可以與工件保持相對靜止、與攪拌頭保持相對運動狀態(tài)，同時導電塊既可以設(shè) 于焊縫正前方，也可以設(shè)于焊縫正后方，由此導電塊可以有與方法對應的如下六種基 本工作模式1、 焊接正方向固定復合焊接熱源模式所述的導電塊3安裝位于焊接正方向工件 2的最末端底部焊縫上，與攪拌頭l形成導電回路，導電塊3與工件2保持相對靜止 狀態(tài)，該電流與焊縫摩擦焊接區(qū)的接觸電阻產(chǎn)生電阻熱，形成電阻熱一攪拌摩擦熱的 復合焊接熱源。2、 焊接正方向移動復合焊接熱源模式導電塊3安裝位于焊接正方向工件2的摩擦攪拌焊接區(qū)前方不遠處(調(diào)節(jié)距離為l~20cm)的底部焊縫上，形成近摩擦攪拌區(qū) 的導電回路，導電塊3與攪拌頭1保持相對靜止，與工件2保持相對運動狀態(tài)，該電 流與焊縫摩擦攪拌區(qū)的接觸電阻產(chǎn)生電阻熱，形成電阻熱一攪拌摩擦熱的復合焊接熱 源。3、 焊接反方向固定熱處理一焊接模式導電塊3安裝位于焊接反方向工件2最末 端的底部焊縫上，與攪拌頭l形成導電回路，該電流與焊縫摩擦焊接區(qū)的接觸電阻產(chǎn) 生電阻熱，該電阻熱源對攪拌摩擦焊縫進行輔助加熱和焊后熱處理。4、 焊接反方向移動熱處理一焊接模式導電塊3安裝位于焊接反方向工件2摩擦 攪拌焊接區(qū)后部附近(調(diào)節(jié)距離為1 20cm)的底部焊縫上，與攪拌頭1形成導電回路， 導電塊3與工件2保持相對靜止狀態(tài)，該電流與焊縫摩擦攪拌焊接區(qū)的接觸電阻產(chǎn)生 電阻熱，該電阻熱源對攪拌摩擦焊縫進行輔助加熱和焊后熱處理。5、 兩個固定導電塊熱處理焊接復合熱源模式導電塊3為兩塊，分別位于焊接正 方向工件的最末端正面(或底面)焊縫上和焊接反方向工件的最末端底面(或正面) 焊縫上，攪拌頭l上端不通電流，形成焊前預熱、輔助加熱和焊后熱處理模式。6、 兩個移動導電塊熱處理焊接復合熱源模式導電塊3為兩塊，與攪拌頭1保持 相對靜止，與工件2保持相對運動狀態(tài)，這兩個導電塊分別位于焊接正方向摩擦攪拌 區(qū)前方附近的正面(或底面)焊縫上和焊接反方向摩擦攪拌區(qū)后部附近的底面(或正 面)焊縫上，即兩塊導電塊以一定間距分布于攪拌頭的焊縫兩邊，與焊縫工件移動接 觸并與攪拌頭保持固定間距，形成焊前預熱、輔助加熱和焊后熱處理模式。本方法和設(shè)備的應用領(lǐng)域用于低碳鋼、合金鋼、特種鋼、不銹鋼、銅及其合金、鋁及其合金、鎂及其合金、鈦及其合金等黑色和有色金屬及其合金材料的焊接；用于不開坡口或開坡口的對接、搭接、角接、T型接頭或I型接頭； 用于直縫、縱縫、環(huán)縫、T型縫或空間全位置焊接；用于點焊，表面改性，新材料制備，超細晶粒制造，修復，復合焊接技術(shù)領(lǐng)域；用在難焊金屬的焊前預熱方面和焊后熱處理方面，消除焊接的內(nèi)應力，防止其焊 接變形的發(fā)生。該方法和設(shè)備特別適用于使用攪拌摩擦焊接比較困難的黑色金屬的焊接，可更有 效地促進有色金屬的攪拌摩擦焊接，降低有色金屬的攪拌摩擦焊接的工藝要求和苛刻 條件，提高效率，降低成本，延長攪拌針的壽命。一個利用本方法進行焊接的具體實施例的實際參數(shù)焊接材料為Q235鋼，攪拌頭轉(zhuǎn)速為1500-3000r/min，焊接速度為20-100cm/min，下 壓力為20-60kN，工件厚度6-22mm,外接直流電源電壓為10-60V,電流為8000A-8KA， 依據(jù)以上方法可以得到優(yōu)質(zhì)的Q235鋼導電攪拌摩擦焊接頭。確定焊接規(guī)范的原則是應該綜合考慮焊接結(jié)構(gòu)的形式、性狀、尺寸，并與焊接 工藝參數(shù)的進行合理匹配，根據(jù)實際焊接對象和材料對焊接的主要工藝參數(shù)開展優(yōu)化 工作，同時考慮外加電源導電的熱量輸入對焊接全過程的影響，對摩擦熱和電阻熱進 行系統(tǒng)合理有效的分配和組合，這樣能夠保證獲得優(yōu)質(zhì)的導電攪拌摩擦焊接接頭。
權(quán)利要求
1.導電-攪拌摩擦復合熱源焊接方法，其特征在于在攪拌摩擦焊的同時，在工件焊縫方向上通以電流，該電流與其流經(jīng)的焊縫和摩擦攪拌焊接區(qū)的接觸電阻產(chǎn)生電阻熱，該電阻熱與攪拌摩擦熱形成攪拌摩擦焊的復合熱源，從而實現(xiàn)導電攪拌摩擦復合熱源焊接過程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導電一攪拌摩擦復合熱源焊接方法，其特征在于所 述電流通過如下方法設(shè)置使攪拌頭(1)和工件(2)與焊機主體(10)、固定工 件的夾具(5)和工作臺(8)絕緣，在攪拌頭(1)和焊縫方向設(shè)置導電塊(3)并 在攪拌頭(1)和導電塊(3)之間通以電流，形成導電回路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的導電一攪拌摩擦復合熱源焊接方法，其特征在于所 述導電塊(3)位于焊接正前方工件底部焊縫上，導電產(chǎn)生的電阻熱對攪拌摩擦焊縫同時進行輔助加熱和焊前預熱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的導電一攪拌摩擦復合熱源焊接方法，其特征在于所 述導電塊(3)位于焊接反方向工件底部焊縫上，導電產(chǎn)生的電阻熱對攪拌摩擦焊縫同時進行輔助加熱和焊后熱處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導電一攪拌摩擦復合熱源焊接方法，其特征在于所 述電流通過如下方法設(shè)置使攪拌頭(1)和工件(2)與焊機主體(10)、固定工件的夾具(5)和工作臺(8)絕緣；導電塊(3)為兩塊，分別位于攪拌頭(1)兩 側(cè)前后焊縫上，其中一塊導電塊(3)位于工件底部，另一塊導電塊(3)位于工件 正面，電源的兩個電極直接作用于兩導電塊(3)上，導電產(chǎn)生的電阻熱既對攪拌摩擦焊縫進行輔助加熱，又進行焊前預熱和焊后熱處理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5任一所述的導電一攪拌摩擦復合熱源焊接方法，其特征 在于所述導電塊(3)位于工件端頭焊縫上與工件(2)保持相對靜止狀態(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2至5任一所述的導電一攪拌摩擦復合熱源焊接方法，其特征在于所述導電塊(3)位于摩擦攪拌區(qū)攪拌頭(1)附近焊縫上與攪拌頭(1)保持相對靜止、與工件(2)保持相對運動。
8. —種導電一攪拌摩擦復合熱源焊接設(shè)備，它包括摩擦攪拌系統(tǒng)、工作臺(2) 和工件夾具(5)，摩擦攪拌系統(tǒng)包括攪拌頭(1)和焊機主體(10)，其特征在于 所述焊機主體(10)、工件夾具(5)和工作臺(8)與攪拌頭(1)和工件(2)絕 緣；在攪拌頭(1)和焊縫方向設(shè)有導電塊(3);在攪拌頭(1)的頂端設(shè)有導電連 接器(7)，該導電連接器(7)建立了旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與靜止的導電電極之間可靠的 導電通道，電源(9)的一個電極通過導電連接器(7)與旋轉(zhuǎn)的攪拌頭(1)連接， 另一個電極與導電塊(3)連接；攪拌頭(1)、導電塊(3)以及攪拌頭和導電塊之間的焊縫工件(2)三者形成導電回路。
9.一種導電一攪拌摩擦復合熱源焊接設(shè)備，它包括摩擦攪拌系統(tǒng)、工作臺(2) 和工件夾具(5)，摩擦攪拌系統(tǒng)包括攪拌頭(1)和焊機主體(10)，其特征在于 所述焊機主體(10)、工件夾具(5)和工作臺(8)與攪拌頭(1)和工件(2)絕 緣；在攪拌頭(1)和焊縫方向設(shè)有導電塊(3)，所述導電塊(3)為兩塊，分別位 于攪拌頭(1)兩側(cè)前后焊縫上，其中一塊導電塊(3)位于工件底部，另一塊導電 塊(3)位于工件正面，電源(9)的兩個電極直接與兩塊導電塊(3)連接，兩導 電塊及其之間的焊縫工件(2)三者形成導電回路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導電-攪拌摩擦復合熱源焊接方法和設(shè)備，其在攪拌摩擦焊的同時，使攪拌頭和工件與焊機主體、固定工件的夾具和工作臺絕緣，在工件焊縫方向上通以電流，該電流與其流經(jīng)的焊縫和摩擦攪拌焊接區(qū)的接觸電阻產(chǎn)生電阻熱，該電阻熱與攪拌摩擦熱形成攪拌摩擦焊的復合熱源。本發(fā)明具有如下的顯著效果1.突破了攪拌摩擦焊在焊件材料上的局限性，使其可以用于黑色金屬、高溫合金等結(jié)構(gòu)材料的焊接。2.可以提高攪拌頭的使用壽命。3.可以進一步提高焊接速度和焊接質(zhì)量，改善焊接接頭的力學性能。本發(fā)明可用于碳鋼、不銹鋼、高溫合金等結(jié)構(gòu)材料的攪拌摩擦焊接、焊前預熱和焊后熱處理。
文檔編號B23K28/02GK101323054SQ20071009297
公開日2008年12月17日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者穎 王, 鍵 羅 申請人:鍵 羅