一種熱源輔助攪拌摩擦焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熱源輔助攪拌摩擦焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于攪拌摩擦焊是利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭和軸肩與金屬處于塑性狀態(tài)，隨著攪拌頭前進(jìn)，金屬向攪拌頭后方移動(dòng)而形成致密焊縫的一種固相焊方法，所以該焊接方法對(duì)攪拌頭的高溫強(qiáng)度、硬度、韌性要求極其苛刻，目前僅應(yīng)用于有色金屬如Al、Cu等低熔點(diǎn)金屬的焊接。高熔點(diǎn)金屬由于熔點(diǎn)高，僅僅靠攪拌頭與母材的摩擦很難使被焊材料達(dá)到塑化狀態(tài)，異種金屬材料在攪拌摩擦焊接過(guò)程中又因?yàn)槿菀桩a(chǎn)生金屬間化合物從而使得焊接區(qū)域金屬熔點(diǎn)急劇上升，因此高熔點(diǎn)金屬及異種金屬的攪拌摩擦焊接攪拌頭壽命非常短暫，焊接極難實(shí)現(xiàn)。目前高熔點(diǎn)金屬及異種金屬攪拌摩擦焊接基本還處于一個(gè)空白狀態(tài)。
[0003]對(duì)比文件中國(guó)公開(kāi)專利CN103008897公開(kāi)了一種激光與攪拌摩擦焊復(fù)合焊接方法，該發(fā)明公開(kāi)了一種可實(shí)現(xiàn)焊接板的焊接速度快，焊接質(zhì)量高的復(fù)合焊接方法，該焊接方法將激光和攪拌摩擦焊這種復(fù)合焊接技術(shù)應(yīng)用于材質(zhì)較硬地焊接板如不銹鋼的高效連接，解決了硬材質(zhì)焊接板的攪拌摩擦焊高效連接的難題。該方法主要包括:在待焊焊接板上，所述焊接板板厚度在20-50mm之間，第一激光束布置在焊接板背面，第二激光束、摩擦攪拌頭布置在焊接板正面，沿著焊接方向依次布置第一激光束、摩擦攪拌頭、第二激光束。由于預(yù)熱激光束在焊接區(qū)域背面，被焊材料背面溫度將高于正面溫度，而攪拌摩擦焊作為一種壓力焊接，焊縫背面需要?jiǎng)傂灾?，因此攪拌摩擦焊接所需的熱量仍然需要攪拌頭與母材摩擦產(chǎn)生，因而攪拌頭價(jià)格昂貴且壽命很低；在焊接異種材料時(shí)，容易產(chǎn)生金屬間化合物，需要通過(guò)焊縫合金化解決，普通攪拌摩擦焊和該專利技術(shù)均無(wú)法實(shí)現(xiàn)；同時(shí)激光設(shè)備昂貴，不利于批量化規(guī)?；瘧?yīng)用。因此，迫切需要解決這三方面的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決【背景技術(shù)】中高熔點(diǎn)材料和異種金屬材料攪拌摩擦焊中存在的攪拌頭壽命問(wèn)題、焊縫合金化問(wèn)題及焊接高成本問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種成本合理，攪拌頭壽命長(zhǎng)可實(shí)現(xiàn)高熔點(diǎn)金屬、異種金屬焊接速度快，焊接質(zhì)量高的復(fù)合焊接方法，該焊接方法成功地解決了高熔點(diǎn)金屬攪拌摩擦焊攪拌頭的壽命難題及異種金屬攪拌摩擦焊焊縫合金化難題，大大降低了高熔點(diǎn)金屬和異種金屬的焊接成本，提高了焊接質(zhì)量。
[0005]實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種熱源輔助攪拌摩擦焊接方法，包括如下步驟:
A.拼接固定好需要焊接的材料，通過(guò)輔助熱源對(duì)需要焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)加熱，直至焊接材料達(dá)到塑化或者合金化狀態(tài)；
B.輔助熱源與摩擦攪拌頭位于同一對(duì)對(duì)接焊接線上，焊接的材料被加熱至塑化狀態(tài)后，摩擦攪拌頭沿輔助熱源加熱路徑前進(jìn)進(jìn)行摩擦焊接。
[0006]在所述的步驟A中，所述的焊接材料為銅、鐵、鈦等高熔點(diǎn)材料時(shí)，采用電弧或等離子作為輔助熱源；所述的焊接材料為銅-鋁、鋼-鈦以及不同牌號(hào)鋼材等異種材料時(shí)，采用MIG或MAG作為輔助熱源。
[0007]優(yōu)選的是，在所述的步驟B中，所述的輔助熱源處于被焊接構(gòu)件的上方，攪拌摩擦焊接工具的前方，輔助熱源加熱輸入的大小取決于具體的被焊構(gòu)件材料及厚度，其中異種金屬焊接過(guò)程中合金化的焊絲由具體的被焊構(gòu)件材料確定。
[0008]優(yōu)選的是，在所述的步驟B中，所述的輔助熱源在前進(jìn)方向中與焊炬的夾角為10?45°，輔助熱源焊炬的前端向摩擦攪拌頭進(jìn)行方向傾斜。
[0009]優(yōu)選的是，在所述的步驟B中，輔助熱源照射位置與摩擦攪拌頭的間隔為I?20mmo
[0010]優(yōu)選的是，在所述的步驟B中，焊接前進(jìn)速度為I?3m/min。
[0011]優(yōu)選的是，不同類型的輔助熱源在不同的保護(hù)氣體中進(jìn)行焊接，其中電弧、等離子、MIG輔助在氬氣中，MAG輔助在CO2氣體保護(hù)中進(jìn)行。
[0012]為了解決【背景技術(shù)】中高熔點(diǎn)材料和異種金屬材料攪拌摩擦焊中存在的攪拌頭壽命問(wèn)題、焊縫合金化問(wèn)題及焊接高成本問(wèn)題，本項(xiàng)發(fā)明提供了一種成本合理，攪拌頭壽命長(zhǎng)可實(shí)現(xiàn)高熔點(diǎn)金屬、異種金屬焊接速度快，焊接質(zhì)量高的復(fù)合焊接方法，該焊接方法成功地解決了高熔點(diǎn)金屬攪拌摩擦焊攪拌頭的壽命難題及異種金屬攪拌摩擦焊焊縫合金化難題，大大降低了高熔點(diǎn)金屬和異種金屬的焊接成本，提高了焊接質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中:1、焊件，2、摩擦攪拌頭，3、輔助熱源。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
如圖所示，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種熱源輔助攪拌摩擦焊接方法，包括如下步驟:
A.拼接固定好需要焊接的材料，通過(guò)輔助熱源對(duì)需要焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)加熱，直至焊接材料達(dá)到塑化或者合金化狀態(tài)；
B.輔助熱源與摩擦攪拌頭位于同一對(duì)對(duì)接焊接線上，焊接的材料被加熱至塑化狀態(tài)后，摩擦攪拌頭沿輔助熱源加熱路徑前進(jìn)進(jìn)行摩擦焊接。
[0016]在所述的步驟A中，所述的焊接材料為銅、鐵、鈦等高熔點(diǎn)材料時(shí)，采用電弧或等離子作為輔助熱源；所述的焊接材料為銅-鋁、鋼-鈦以及不同牌號(hào)鋼材等異種材料時(shí)，采用MIG或MAG作為輔助熱源。
[0017]優(yōu)選的是，在所述的步驟B中，所述的輔助熱源處于被焊接構(gòu)件的上方，攪拌摩擦焊接工具的前方，輔助熱源加熱輸入的大小取決于具體的被焊構(gòu)件材料及厚度，其中異種金屬焊接過(guò)程中合金化的焊絲由具體的被焊構(gòu)件材料確定。
[0018]優(yōu)選的是，在所述的步驟B中，所述的輔助熱源在前進(jìn)方向中與焊炬的夾角為10?45°，輔助熱源焊炬的前端向摩擦攪拌頭進(jìn)行方向傾斜。
[0019]優(yōu)選的是，在所述的步驟B中，輔助熱源照射位置與摩擦攪拌頭的間隔為I?20mmo
[0020]優(yōu)選的是，在所述的步驟B中，焊接前進(jìn)速度為I?3m/min。
[0021]優(yōu)選的是，不同類型的輔助熱源在不同的保護(hù)氣體中進(jìn)行焊接，其中電弧、等離子、MIG輔助在氬氣中，MAG輔助在CO2氣體保護(hù)中進(jìn)行。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明提出了一種熱源輔助攪拌摩擦焊的焊接方法，其包括:在待焊焊接板上，所述焊接板厚度在1-1OOmm之間，電弧、等離子、MIG、MAG作為輔助熱源及焊縫合金化手段布置在待焊材料正面，摩擦攪拌頭的正前方，所述的輔助熱源及焊縫合金化手段的中心線同焊接板上表面的垂直方向的夾角為α，其中0° ^ α 45°，所述輔助熱源熱輸入大小及合金化材料的選擇取決于被焊材料和焊接厚度，電弧輔助加熱熔池尺寸大于后續(xù)攪拌頭攪拌針直徑l_2mm ;所述輔助熱源在被焊材料表面上的作用點(diǎn)距離摩擦攪拌頭在焊接板表面上的作用點(diǎn)水平距離為l_20mm，具體數(shù)值取決于被焊材料和焊