[发明专利]上、下轴肩直径不等的自持式搅拌摩擦焊方法及其搅拌头

说明书

技术领域

本发明涉及一种自持式搅拌摩擦焊的方法及其搅拌头。

背景技术

搅拌摩擦焊(FSW)是英国焊接研究所(TWI)1991年开发的一种新型固相连接技术，与传统焊接方法相比，它具有焊接质量高、生产成本低和无环境污染等优点，现已被成功应用于航天、飞机制造及铁路运输等领域。但常规搅拌摩擦焊存在一些不足，如焊接载荷较大，焊机结构笨重，焊接过程中需要特定形状的背部垫板，以保证对工件的稳定夹持。此外，焊缝还可能存在难于检测的根部缺陷。为了解决上述问题，有人开发了一种自持式搅拌摩擦焊方法。在这种方法中，搅拌头采用上、下两个轴肩，而且上、下轴肩直径相等，因此称为等轴肩自持式搅拌摩擦焊方法。下轴肩起到了常规搅拌摩擦焊背部垫板的作用，但由于下轴肩与工件下表面产生较大的摩擦力，使搅拌针承受较大的扭矩，而易造成搅拌针的断裂。为减小搅拌针的断裂倾向，一股要增大搅拌针的直径，同时还要适当增大上、下轴肩的直径，这样就会造成焊接热输入过大而引起接头性能降低的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有自持式搅拌摩擦焊方法中上、下两个轴肩为等直径，存在焊接热输入大及搅拌针承载大而影响接头性能、甚至造成搅拌针断裂的问题，提供一种上、下轴肩直径不等的自持式搅拌摩擦焊方法及其搅拌头。

本发明的方法是通过以下步骤实现的：步骤一、搅拌头尺寸确定：根据第一被焊工件和第二被焊工件的厚度确定上轴肩直径、下轴肩直径及搅拌针直径：上轴肩直径为被焊工件厚度的2.5～3倍，下轴肩直径为被焊工件厚度的2～2.5倍，搅拌针直径为被焊工件厚度的1.25～2倍；步骤二、确定搅拌针的使用长度：通过调整下轴肩及螺母使上轴肩的下端面与下轴肩的上端面之间的距离比工件厚度小0～0.6mm，该距离即为搅拌针的使用长度；步骤三、固定第一被焊工件和第二被焊工件：将第一被焊工件和第二被焊工件用夹具固定在工作台上；步骤四、搅拌头定位：将搅拌头移至工件外侧进行定位，使上轴肩下端面与第一被焊工件和第二被焊工件的上端面重合，或上轴肩下端面低于第一被焊工件和第二被焊工件的上端面0.01～0.3mm，搅拌针的轴心线位于第一被焊工件与第二被焊工件的对接面处；步骤五、对第一被焊工件与第二被焊工件进行搅拌摩擦焊接：搅拌头的转速为200转/分钟～3000转/分钟，焊接速度为20毫米/分钟～1000毫米/分钟，且沿第一被焊工件与第二被焊工件的对接面长度方向行走，直至焊接完成。

本发明的搅拌头由上轴肩、搅拌针、下轴肩和螺母组成，搅拌针垂直于上轴肩的下端面设置，且搅拌针与上轴肩制成一体，搅拌针的外表面设有外螺纹，下轴肩与搅拌针螺纹连接，螺母设置在下轴肩的下面，且螺母与搅拌针螺纹连接，所述下轴肩的直径小于所述上轴肩1的直径。

本发明具有以下优点：一、下轴肩的直径小于上轴肩的直径，可以减小焊接过程中搅拌针所承受的载荷，防止其断裂；二、较小的下轴肩可以减小焊接过程中的热输入，从而降低接头软化程度；三、通过调整下轴肩和螺母的位置，可以焊接多种厚度的工件。

附图说明

图1是本发明具体实施方式二中搅拌头结构主剖视图，图2是本发明具体实施方式一中步骤四搅拌头与第一被焊工件5和第二被焊工件6在焊接时的相对位置示意图。

具体实施方式