[发明专利]一种插入式流动摩擦点焊方法及其工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种无匙孔摩擦点焊，尤其涉及一种插入式流动摩擦点焊方法及其工具，属于点连接技术领域，适用于同种或异种可热塑化材料的点连接。

背景技术

搅拌摩擦点焊是在搅拌摩擦焊基础上发展起来的一项极具市场应用前景的新型固相连接技术。与电阻点焊、铆接等连接技术相比较，搅拌摩擦点焊方法具有以下优点：1、电能消耗少，成本低，已有研究表明，搅拌摩擦点焊与电阻点焊相比电能消耗可减少99%；2、与电阻点焊相比，接头质量高、缺陷率低、变形小，焊接质量稳定；3、工作环境清洁，搅拌摩擦点焊没有灰尘和烟雾，不需要大电流，生产过程清洁，不会产生电磁和噪声污染，属于绿色无污染工艺。

目前，搅拌摩擦点焊技术已经发展出多种形式，如常规搅拌摩擦点焊、流动摩擦点焊、回填式搅拌摩擦点焊等。流动摩擦点焊焊点表面光滑、完整，无匙孔，但可焊厚度较小。回填式搅拌摩擦点焊在保证焊点表面无匙孔的前提下，大大提高了可焊厚度。

然而，在现有的回填式搅拌摩擦点焊焊接过程中，由于扎入被焊材料的轴肩不能对整个焊点区域进行充分搅拌，导致焊接区内部组织分布较为复杂，并且容易出现疏松和弱连接等缺陷，这些问题导致回填式搅拌摩擦点焊接头疲劳性能尚不如带匙孔的常规搅拌摩擦点焊接头，而疲劳性能在航空结构件中显得尤为重要。因此有必要发明一种新的点焊方法及其工具，兼具回填式搅拌摩擦点焊和流动摩擦点焊的优点，同时摒弃两者的缺点，能够不受焊接厚度的限制而获得无匙孔、性能优越的点焊接头。

发明内容

本发明的目的是针对现有流动摩擦点焊和回填式搅拌摩擦点焊技术中存在的问题，提供一种插入式流动摩擦点焊工具，该插入式流动摩擦点焊工具既保留了回填式搅拌摩擦点焊焊点表面平整无匙孔，又消除了接头内部组织的不均匀性。

本发明的另一目的是提供一种插入式流动摩擦点焊方法，该插入式流动摩擦点焊方法既保留了回填式搅拌摩擦点焊焊点表面平整无匙孔，又消除了接头内部组织的不均匀性。

为达到上述目的，本发明提出一种插入式流动摩擦点焊工具，包括由内至外依次套装且相对滑动设置的回填销、具有贯通腔的摩擦头和压紧套筒，在所述摩擦头端部的贯通腔内沿轴向设有至少一个隔板，形成至少两个内置空腔；在所述回填销的端部开槽，形成分别与各所述内置空腔相对应配合的销杈，所述销杈能沿所述内置空腔滑动，且所述销杈的端面能与所述摩擦头端部的端面及所述压紧套筒的端面处于同一个平面上。

如上所述的插入式流动摩擦点焊工具，其中，所述摩擦头端部的贯通腔内围绕所述贯通腔的中心轴并沿周向均匀设有三个隔板，形成三个内置空腔。

如上所述的插入式流动摩擦点焊工具，其中，所述摩擦头端部的贯通腔内呈十字交叉状设有四个隔板，形成四个内置空腔。

如上所述的插入式流动摩擦点焊工具，其中，在所述摩擦头端部的端面为光滑面。

如上所述的插入式流动摩擦点焊工具，其中，所述摩擦头端部的端面为带有同心环或螺纹线或涡状线的凸面。

本发明还提供了一种插入式流动摩擦点焊方法，采用如上所述的插入式流动摩擦点焊工具，所述方法包括：

步骤A：将摩擦头、回填销和压紧套筒的端面齐平，所述摩擦头、回填销和压紧套筒轴线与被焊工件表面相垂直，所述摩擦头、回填销和压紧套筒轴线指向所述被焊工件表面的待焊位置，此时所述摩擦头与所述回填销的位置为初始位置；将所述摩擦头、回填销和压紧套筒整体下压至所述被焊工件表面，保证压紧套筒将被焊工件压紧；之后，驱动所述摩擦头和回填销高速旋转，并与所述被焊工件表面相互摩擦，产生的摩擦热使被焊工件表面塑化，形成塑性流动材料区域；

步骤B：保持所述摩擦头和回填销高速旋转状态，同时驱动所述摩擦头沿轴线向下移动，并压入被焊工件，驱动所述回填销沿轴线向上移动；随着所述摩擦头端部的压入，所述塑性流动材料区域深度逐渐扩大，并将塑性流动材料区域内的塑化物挤压到所述回填销的销杈上移后留出的所述摩擦头的内置空腔中；

步骤C：继续保持所述摩擦头和所述回填销高速旋转状态，所述摩擦头继续向下移动，所述回填销继续向上移动，使得所述塑化物挤压到所述内置空腔中；

步骤D：当所述摩擦头的端部到达预定焊接深度后，驱动所述摩擦头向上移动，同时驱动所述回填销向下移动，使得所述内置空腔中的塑化物受反向挤压并逐渐回填至所述被焊工件表面形成的塑性流动材料区域内；