[发明专利]能够消除焊缝减薄的带状焊丝随焊送入搅拌摩擦焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种随焊填丝搅拌摩擦焊接方法，具体涉及一种能够消除焊缝减薄的带状焊丝随焊送入搅拌摩擦焊方法。

背景技术

英国焊接研究所(TWI)于1991年发明了搅拌摩擦焊接技术，该技术是利用一种特殊形式的搅拌头插入工件的待焊部位并向前移动，高速旋转的搅拌头与工件间进行剧烈的摩擦搅拌，所产生的摩擦热使该部位金属处于热塑性状态并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，利用轴肩的挤压联合作用，形成致密的焊缝。焊接过程中待焊金属不发生熔化，是一种先进的固相连接技术。这种技术可以避免出现与熔化焊相关的气孔、裂纹等焊接缺陷，实现对材料的高质量连接。

搅拌摩擦焊焊后不会出现焊缝余高，但是，由于在焊接过程中，搅拌头的轴肩端面需要预先压入母材表面一定深度(下压量)，因此，形成了特有的“飞边”现象，造成了焊缝处材料的损失，使焊缝截面形貌发生了“减薄效应”，焊缝的高度低于焊接前母材的原始厚度，明显降低了焊缝的承载性能。目前控制焊缝减薄的方法主要是减小焊接时的下压量或者将焊缝处的材料高度预先增加，但这些方法都不能很好地控制减薄量，前者严重地影响了焊接质量，后者则费时、费料，且效果也并不理想。

英国焊接研究所就搅拌摩擦焊技术申请的中国专利(CN1144499A)中，将搅拌头轴肩的端面结构改进为内凹面，然而，焊缝的减薄量并未得到很好的控制。申请号为200710302169.2，发明名称为《一种组合式去飞边搅拌摩擦焊搅拌头》的中国专利设计的搅拌头可以有效地去除焊缝“飞边”，获得高质量的表面平整光滑的搅拌摩擦焊焊缝，但这种搅拌头仍然未能消除焊缝的“减薄效应”。申请号为201010120293.9，发明名称为《能降低焊缝减薄厚度的搅拌摩擦焊用组合式》的中国专利设计的组合式搅拌头能够在一定程度上降低焊缝减薄的厚度而无法完全消除“减薄效应”，其特殊设计的搅拌针表面螺纹结构复杂，焊具的加工成本较高且容易损坏。

目前，针对如何消除焊缝的“减薄效应”所提出的专利申请主要集中在对焊具轴肩和搅拌针结构的设计上，而很少涉及通过外加焊接材料改变焊缝厚度，从而解决焊缝减薄问题的方法。

发明内容

本发明的目的是针对传统的搅拌摩擦焊接技术无法解决的焊缝厚度减薄的问题，提供一种能够消除焊缝减薄的带状焊丝随焊送入搅拌摩擦焊方法。

本发明的能够消除焊缝减薄的带状焊丝随焊送入搅拌摩擦焊方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、焊前准备：将送丝轮和定位导轮固定安装于焊机主轴上，将母材对接或搭接装夹，将带状焊丝置于定位导轮之下，定位导轮紧贴母材表面，并将带状焊丝固定于母材表面，将带状焊丝的端部置于搅拌头的正下方，带状焊丝的宽度d应等于或小于搅拌头的轴肩直径D，母材的厚度与带状焊丝的厚度之和为工件总厚度T，搅拌头上的搅拌针的长度L比工件总厚度T小0.1mm～0.5mm；

步骤二、施焊：启动焊机，搅拌头开始垂直向下进给，随后，搅拌头上的搅拌针开始与带状焊丝的端部接触并钻入母材内，焊接开始，焊接过程中，送丝轮、定位导轮和搅拌头与主轴一同沿焊接方向运动，搅拌头的旋转速度为200rpm～1500rpm、焊接速度为25mm/min～800mm/min，搅拌头的倾角为0～4°，轴肩压入深度为0.1mm～0.4mm，通过搅拌针和轴肩的搅拌加热作用实现对母材的焊接；

步骤三、焊后清理：送丝轮和定位导轮和搅拌头与焊机主轴一同提起后，用剪钳剪断焊丝，用钢丝刷去除多余的焊丝材料及飞边。

本发明具有以下优点：一、本发明改变了传统搅拌摩擦焊的焊接过程，利用轴肩的搅拌摩擦和锻压作用将带状焊丝焊接于母材表面，增加焊缝厚度，消除减薄效应，本发明的方法所形成的焊缝为规则的鱼鳞纹焊缝，且平滑美观。通过随焊送入带状焊丝的方法解决焊缝减薄的问题，送丝设备结构简单，焊接成本低，操作简便，容易实现。二、本发明属于固相连接方法，利用搅拌头所特有的摩擦搅拌和锻压作用，将外加焊丝材料焊接于母材表面，焊接温度低，热畸变小，焊接残余应力低，界面结合强度高，焊缝成形平滑美观。三、通过改变带状焊丝的材料，可以改变焊缝的表面性能，特别是耐磨、耐蚀等特性。四、焊接区域无需真空或气体保护，焊接过程无弧光、烟尘污染，焊接环境较清洁。

附图说明

图1是带状焊丝随焊送入的搅拌摩擦焊方法的焊前示意图；图2是带状焊丝随焊送入的搅拌摩擦焊方法的焊接过程示意图；图3是图2的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：