[发明专利]双动环摩擦点焊方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接领域，具体涉及一种双动环摩擦点焊方法。 

背景技术

中国专利CN101053923A于2007年10月17日公开了一种搅拌摩擦点焊技术采用搅拌头，从两面同时搅拌摩擦点焊加工；其施焊部分主要包括四个部分，即上、下搅拌头和上、下轴肩；双面搅拌摩擦点焊过程的摩擦热及塑性变形能是从上下两面产生的；双面搅拌摩擦点焊技术上、下的搅拌头周围有可以自由旋转的轴肩，轴肩的旋转可以补充在双面搅拌摩擦点焊过程中搅拌头产热的不足；正是由于这些区别，不仅可以使焊接表面的压入坑和挤出物都减少一半而且使焊接过程的产热提高一倍，因而双面搅拌摩擦焊不仅可以克服单面搅拌摩擦点焊的缺点还可以提高生产率。搅拌摩擦点焊的缺陷为存在匙孔，表面不平整。 

摩擦点焊技术(Friction Spot Welding)是由德国GKSS研究中心于1999年发明的原位填充固相点焊，详情见美国专利US6722556-B2。摩擦点焊采用分体的点焊工具，通过精确控制点焊工具的相对运动，对焊点部位的材料进行摩擦热力挤压而形成无匙孔点焊接头，点焊部位表面平整。 

在点焊过程中，点焊工具套环下压时在接头外圈侧壁剪切形成了新的界面，而此界面在后续阶段与挤压流动于此的热塑性材料连接形成新的连接面，但是由于此处位于接头最外圈，界面温度相对较低，因此新的连接面成形条件恶劣，如果工艺参数不当就会造成虚连接的情况。因此虽然采用此摩擦点 焊方法焊接铝合金能够实现较电阻电焊更为优质的连接，但由于此焊接方法的固有特点，焊点接头的薄弱处由电阻点焊时的层间连接面转移到上述的新的连接面上。 

因此，发明新型摩擦点焊技术，用以改变传统摩擦点焊薄弱连接面具有迫切需求。 

发明内容

针对现有摩擦点焊技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种用以改变传统摩擦点焊存在薄弱连接面的双动环摩擦点焊方法。本发明方法对传统摩擦点焊的静外圈压环提出技术创新，将此改为旋转动环并有下压动作的方法，保证了点焊接头数值连接面的成形温度和结合压力，加强了原摩擦点焊接头存在的固有薄弱面，实现固相点状接头的接头各处一致性的高质量连接。 

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案为：一种双动环摩擦点焊方法，包括如下步骤： 

1)外圈套环压紧工件表面，中间环套及中心轴贴紧工件表面挤压旋转、摩擦加热工件待焊部位，使金属材料塑性软化； 

2)中间套环挤压旋转压入材料内部，同时中心轴旋转上升，塑性材料向中心轴区域流动； 

3)中心轴旋转向下挤压，中间圆环旋转回撤上升，同时外圈环套也旋转下降，塑性材料在中心轴的挤压作用下回填到原来的中心轴和中间套环构成的区域内； 

4)在摩擦点焊工具的中心轴、中间环套和外圈环套运动到设定位置后，保持顶锻0.2s～1s，移开摩擦点焊工具，焊接过程结束，搭接工件被焊点连接成一体。 

本发明上述方法中，假设外圈环套的最终下压量深度为h，下压过程可以为匀速下降亦可有一定的加速度，h值与焊接深度有关，过大会对表面成形造成一定影响，过小则不能保证竖直连接面处母材侧的内压力。一般来说，h值优选为点焊焊接深度H的0.005～0.01倍与第一块试板厚度之和。 

本发明的关键创新在外圈环套的旋转和下压动作，当中间环套到达设定焊接深度位置时，外圈环套开始旋转，并随着中间环套的上升和中心轴的下压，外圈环套也有一定深度的下压量。外圈环套的旋转产热用以保证竖直连接面处母材的适当温度，而下压动作用以保证竖直连接面处母材侧的内压力，这两个动作从热和力两个方面均为母材和焊点内部挤压流动于此材料的结合提供了最佳的连接条件。 

本发明采用将原静止外套环改为旋转动环并有下压动作的方法加强了原摩擦点焊接头存在的固有薄弱面，实现固相点状接头的接头各处一致性的高质量连接。该方法与现有摩擦点焊方法相比，具有以下优点：1)焊点接头质量一致性好；2)提高焊点抗拉抗剪强度。 

附图说明

图1～图5为本发明双动环摩擦点焊的过程示意图。 

其中，11为中心轴，12为中间环套，13为外圈环套，14为夹持垫板，21为点焊区域材料，22为上层焊接材料，23为下层焊接材料。 

具体实施方式

如图1～图5所示，本发明优选实施例提供的双动环摩擦点焊方法，包括如下步骤： 

1)摩擦加热阶段：外圈套环13压紧工件表面起到拘束模具作用，中间环套12及中心轴11贴紧工件表面挤压旋转、摩擦加热工件待焊部位，使金属材料塑性软化；