一種基于雙道偏置焊接的攪拌摩擦焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及攪拌摩擦焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙道偏置焊接的攪拌摩擦焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]攪拌摩擦焊接技術(shù)是上世紀(jì)90年代在英國焊接技術(shù)研究所(TWI)誕生的固相連接技術(shù)，其焊接過程無弧光、煙塵，無需氣體保護和金屬填充，是一種典型的新型綠色焊接技術(shù)。與傳統(tǒng)熔焊方法相比，其焊縫具有接頭強度高，不易產(chǎn)生熱裂紋、氣孔等缺陷，焊接變形小、殘余應(yīng)力低等優(yōu)點。特別是該技術(shù)在針對鋁合金焊接時表現(xiàn)出的獨到優(yōu)勢，使得其在航空航天、汽車、船舶、軌道交通車輛等領(lǐng)域的各類鋁合金結(jié)構(gòu)件制造方面得到了廣泛地應(yīng)用。但是在工程化的應(yīng)用過程當(dāng)中，焊接缺陷的出現(xiàn)是不可避免的，且具有一定的隨機性，而因關(guān)鍵部位的單個缺陷導(dǎo)致整個零部件報廢往往會造成巨大的損失。因此，工業(yè)界對攪拌摩擦焊接的缺陷修補問題進行了廣泛的研究。
[0003]攪拌摩擦焊接的缺陷形式可簡單分為表面成型缺陷、材料缺失性缺陷和強度削弱類缺陷三大類。其中表面成型缺陷主要包括飛邊毛刺、魚鱗紋、焊縫起皮等；材料缺失性缺陷主要包括孔洞、隧道、犁溝等；而強度削弱類缺陷主要有根部未焊透、S形線、及異物夾雜等。對于后兩種缺陷，由于其直接影響焊縫的接頭強度，危害性更大。因此，目前針對攪拌摩擦焊缺陷的補焊方法也主要針對影響焊縫接頭強度的缺陷消除展開。其補焊方法主要包括缺陷的排除與補焊兩步，特別是是針對強度削弱類缺陷，需要通過對焊縫的缺陷區(qū)域進行挖排，同樣會造成焊縫材料的缺失。針對材料缺失條件下的補焊方法主要包括:多道重復(fù)焊接補焊法、熔焊填補材料補焊法、固相填補材料補焊法等。
[0004]多道重復(fù)補焊法:該方法主要針對在小區(qū)域范圍內(nèi)出現(xiàn)孔洞、隧道等缺陷來進行補焊。利用特制的攪拌針在原有焊縫的基礎(chǔ)上，沿相同的焊接軌跡重復(fù)進行多道焊接，以達到消除焊縫缺陷的目的，但一般要求重復(fù)焊接的次數(shù)不超過三次。
[0005]熔焊填補材料補焊法:針對材料缺失較為嚴重的缺陷，如沿焊縫方向較長區(qū)域范圍內(nèi)出現(xiàn)孔洞，隧道，犁溝等缺陷，造成焊縫區(qū)域材料缺失，使得難以有足夠的材料參與到攪拌摩擦焊接當(dāng)中，無法利用多道重復(fù)補焊方法。因此，首先需要借助熔焊手段對材料缺失的區(qū)域進行材料填充，然后再利用攪拌焊方法實施補焊。由于利用熔焊方法填充的材料與母材之間存在一定的差異性，并且熔焊的焊接熱輸入總會對補焊區(qū)域的組織造成熱影響，因此其補焊強度往往弱于原有焊縫。
[0006]固相填補材料補焊方法:針對材料缺失區(qū)域的形狀較為規(guī)則的情況，可采用幾何外形與材料缺失區(qū)域匹配或近似的母材材料，并通過機械性作用的方式來進行材料填充，而后再實施補焊。如專利號為ZL201210084904.8一一《修補運載火箭貯箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷的裝置及方法》和專利號為ZL201110350641.6——《一種采用T型填充塊與無針攪拌頭填充攪拌摩擦焊匙孔的方法》等，均是基于固相填補材料的思路進行補焊的方法。此類方法雖然消除了熔焊填充方法帶來的弊端，但是限于補焊材料的形狀限制，其應(yīng)用范圍有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就在于提供一種基于雙道偏置焊接的攪拌摩擦焊接方法，以解決上述問題。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的:一種基于雙道偏置焊接的攪拌摩擦焊接方法，步驟如下:
A、對待施焊區(qū)域做焊前清理；
B、依據(jù)待施焊區(qū)域的形狀特征確定其對稱中心線，并根據(jù)其對稱中心線確定焊接軌跡，并測量待施焊區(qū)域的寬度，設(shè)其寬度值為2p ;
C、以待施焊區(qū)域?qū)ΨQ中心線為準(zhǔn)，將焊接軌跡向一側(cè)行偏置，距離為p，使得偏置后對稱中心線位于焊接軌跡的后退側(cè)，然后進行焊接；
D、將焊接軌跡向?qū)ΨQ中心線的另一側(cè)行偏置，偏置距離同樣為p，使得偏置后對稱中心線位于焊接軌跡的前進側(cè)，然后進行焊接。
[0008]本發(fā)明結(jié)合施焊材料的成分特點和結(jié)構(gòu)特征，選用普通攪拌針與對應(yīng)的攪拌摩擦焊接工藝參數(shù)，以材料缺失區(qū)域中心為對稱線，分別將焊接軌跡向兩側(cè)偏置一定距離，然后先后實施攪拌摩擦焊接。在攪拌摩擦焊接過程當(dāng)中，攪拌針周圍的材料經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的攪拌針軟化后，在攪拌針進給的過程中被驅(qū)趕至材料缺失的空腔中，以實現(xiàn)對材料缺失缺陷的消除。并通過攪拌摩擦焊接的微區(qū)鍛造效應(yīng)形成新的攪拌摩擦焊縫組織，并最終完成等強度補焊焊縫。本方法尤其適合鋁(鎂)合金在攪拌摩擦焊接過程中隧道、犁溝等缺陷，或因挖排等操作造成的材料缺失型缺陷的修復(fù)。
[0009]上述技術(shù)方案中，“待施焊區(qū)域”，主要是指焊縫材料缺失型缺陷而需要補焊的區(qū)域，焊縫材料缺失型缺陷是指焊縫組織中材料因沒有密實連接、或因材料去除過度至焊縫過薄，從而造成焊縫接頭機械性能削弱的一類缺陷；
上述技術(shù)方案中，所采用的攪拌針采用普通攪拌針即可，采用的焊接工藝參數(shù)也是根據(jù)需要實施補焊的材料特點和幾何結(jié)構(gòu)特征，依照普通焊接的條件即可，在A步驟中，即根據(jù)需要實施補焊的材料特點和幾何結(jié)構(gòu)特征，選用適合的普通攪拌針和摩擦焊接工藝參數(shù)；
所述的普通攪拌針指包含針尖、軸肩等基本特征，可反復(fù)使用的圓柱狀非消耗性工具，典型的結(jié)構(gòu)如圖1所示；
所述攪拌摩擦焊接工藝參數(shù)主要指攪拌針的選擇速度，進給速度，焊接傾角和攪拌針軸肩下壓量等。
[0010]上述技術(shù)方案中，步驟C所述的“后退側(cè)”指在焊接軌跡中，攪拌軸肩外緣的切向速度方向與其進給方向相反的一側(cè)；
上述技術(shù)方案中，步驟D所述的“前進側(cè)”指在焊接軌跡中，攪拌軸肩外緣的切向速度方向與其進給方向一致的一側(cè)。
[0011]作為優(yōu)選的技術(shù)方案:D步驟后進行去除飛邊處理，使補焊焊縫表面光滑美觀。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明提出的攪拌摩擦焊接方法，對焊縫中材料缺失的區(qū)域可實施補焊，其焊接過程無需額外添加補焊材料，避免了傳統(tǒng)補焊焊方法因材料填充的差異性及填充材料的方法造成補焊接頭強度削弱的情況；同時，該焊接方法無須特殊的焊接工具和焊接工藝，可在任意焊縫上實施原位置補焊，補焊后可得到與原有焊縫抗拉強度相當(dāng)?shù)难a焊接頭，接頭強度系數(shù)多0.6，并且其補焊接頭的延伸率較補焊前的焊縫有較為明顯的提升，接頭延伸率可增加20%-30%。
【附圖說明】
[0013]圖1為普通攪拌針的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例的實施步驟示意圖。
[0014]圖中:1、攪拌針針尖；2、攪拌針軸肩。
【具體實施方式】
[0015]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0016]實施例:
參見圖1和2，一種基于雙道偏置焊接的攪拌摩擦焊接方法，步驟如下:針對待實施焊接的材料特性及幾何特征，選擇合適的攪拌針和焊接工藝參數(shù)，選用的攪拌針如圖1所示，具有攪拌針針尖1和攪拌針軸肩2，設(shè)材料缺失區(qū)域的寬度為2p，通過兩步來實施補焊:第一步，以材料缺失區(qū)域中心為對稱，將焊接軌跡向一側(cè)行偏置，距離為P，使得偏置后對稱中心線位于焊接軌跡的后退側(cè)，進行焊接；第二步，將焊接軌跡向?qū)ΨQ線的另一側(cè)行偏置，偏置距離同樣為P，使得偏置后中心對稱線位于焊接軌跡的前進側(cè)，進行焊接。通過上述兩步，最終完成對材料缺失區(qū)域的補焊。焊后對焊縫上的飛邊進行適當(dāng)處理，以實現(xiàn)焊縫的一致及美觀。
[0017]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本本發(fā)明，凡在本本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于雙道偏置焊接的攪拌摩擦焊接方法，其特征在于:步驟如下: A、對待施焊區(qū)域做焊前清理； B、依據(jù)待施焊區(qū)域的形狀特征確定其對稱中心線，并根據(jù)其對稱中心線確定焊接軌跡，并測量待施焊區(qū)域的寬度，設(shè)其寬度值為2p ; C、以待施焊區(qū)域?qū)ΨQ中心線為準(zhǔn)，將焊接軌跡向一側(cè)行偏置，距離為p，使得偏置后對稱中心線位于焊接軌跡的后退側(cè)，然后進行焊接； D、將焊接軌跡向?qū)ΨQ中心線的另一側(cè)行偏置，偏置距離同樣為p，使得偏置后對稱中心線位于焊接軌跡的前進側(cè)，然后進行焊接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙道偏置焊接的攪拌摩擦焊接方法，其特征在于:D步驟后進行去除飛邊處理。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雙道偏置焊接的攪拌摩擦焊接方法，屬于攪拌摩擦焊接技術(shù)領(lǐng)域，包括的步驟為：對待施焊區(qū)域做焊前清理；依據(jù)待施焊區(qū)域的形狀特征確定其對稱中心線，將焊接軌跡向一側(cè)行偏置，然后進行焊接；將焊接軌跡向?qū)ΨQ中心線的另一側(cè)行偏置，然后進行焊接；本發(fā)明避免了傳統(tǒng)補焊焊方法因材料填充的差異性及填充材料的方法造成補焊接頭強度削弱的情況；同時，該焊接方法無須特殊的焊接工具和焊接工藝，可在任意焊縫上實施原位置補焊，補焊后可得到與原有焊縫抗拉強度相當(dāng)?shù)难a焊接頭，接頭強度系數(shù)≥0.6，并且其補焊接頭的延伸率較補焊前的焊縫有較為明顯的提升，接頭延伸率可增加20%-30%。
【IPC分類】B23K20/12, B23K20/24
【公開號】CN105414736
【申請?zhí)枴緾N201510892712
【發(fā)明人】石璟, 鄒敏, 裴利成, 王剛, 王爽, 王博, 陳明杏
【申請人】中國航天科技集團公司長征機械廠
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月8日