[发明专利]线性摩擦-电流复合热源焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种线性摩擦焊接方法，特别涉及一种线性摩擦-电流复合热源焊接方 法。

背景技术

线性摩擦焊是利用被焊材料接触面的相对往复运动摩擦所产生的热效应实现焊接 的，其工艺原理是：摩擦副中的一侧工件被往复机构驱动着，在垂直于往复运动方向 的压力作用下，相对于另一侧被固定的工件表面以较小的振幅、合适的频率做相对运 动。随着摩擦运动的进行，摩擦表面被清理干净，摩擦热使得摩擦表面的金属逐渐达 到粘塑性状态并产生变形，然后，控制两工件迅速对中并施加顶锻力，完成工件焊接。

文献“申请公布号是CN101367156A的中国发明专利”公开了一种线性摩擦焊接 方法，设定两焊件的振幅为恒振幅，振动频率在摩擦初期由较低频率递增到一个较高 频率；然后是恒频率、恒振幅摩擦阶段，此时振动频率、振幅恒定；在摩擦最后阶段， 振幅逐渐减小，当振幅逐渐降至0使两焊件回位对中，施加顶锻压力完成焊接；整个 焊接过程中，摩擦压力恒定。由于在摩擦初始阶段的较大振幅、较低频率可以对摩擦 界面进行有效的机械清理和预热；摩擦中后期，振幅逐渐减小使接头的高温区间较宽 且较均匀，变形金属可得到充分的回复与再结晶，消除了焊接接头的残余应力，提高 了接头的质量。

然而，该线性焊接技术在焊接高热强度、大面积工件时需要很高的振动频率、大 的振幅以及摩擦力，从而使机床的负荷加重，造成整个机床的振动，使机床的振动输 出不平稳，可控性差。此外，机床的振动也破坏了焊接界面的封闭性，使界面金属氧 化，导致将氧化物挤出焊接界面变得更加困难；进而容易形成细条状的飞边，并在焊 缝内形成大量的漩涡状氧化物、裂纹，接头的焊接质量明显下降。由于在摩擦加热过 程中，工件中心部位热效率比较高，热塑变形的金属量比较多，在靠近摩擦表面边缘 的区域，热效率比较低，热塑变形的金属量比较少，导致焊件界面变形不均匀。

发明内容

为了克服现有线性摩擦焊接方法焊接大面积工件时接头质量差的不足，本发明提 供一种线性摩擦-电流复合热源焊接方法。该方法在线性摩擦焊接的同时，在摩擦副中 通入电流，利用电阻热来加热焊接界面。当焊接界面材料达到粘塑性状态并产生变形， 即稳定摩擦阶段时，由电源控制装置切断电流，控制工件迅速对中并对工件施加较大 的焊接顶锻力，完成工件的焊接。复合热源的加热方式可以实现高热强度、大面积工 件的焊接，减轻了机床的负荷，使机床的振动输出平稳，可控性好，能够在焊接过程 中形成良好的封闭焊接界面，提高了线性摩擦焊接大面积工件时接头质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种线性摩擦-电流复合热源焊接方 法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、将振动端工件3放入振动夹具9中，在振动夹具9中间及振动端工件3 左端设置绝缘材料7，通过绝缘材料7隔断振动端工件3与床身12的电流传导；对振 动夹具9施加夹紧压力，将振动端工件3夹紧；

将移动端工件4放入移动夹具5中，在移动夹具5中间及与移动端工件4相连接 的固定顶杆6右端设置绝缘材料7，通过绝缘材料7隔断移动端工件4与床身12的电 流传导；对移动夹具5施加夹紧压力，将移动端工件4夹紧；

步骤二、将电源线11的两个电极分别与所述振动夹具9和固定顶杆6连接，在所 述振动夹具9、振动端工件3、移动端工件4、固定顶杆6和电源线11之间形成导电 回路；

步骤三、焊接时，所述振动端工件3及振动夹具9随着振动台2在振动端液压系 统1的驱动开始以振动频率30～60Hz、振幅1～3mm往复运动；所述移动端工件4 及移动夹具5随着滑台13在移动端液压系统8的驱动下逐步向振动端工件3靠拢；在 振动端工件3与移动端工件4的初始摩擦阶段，即振动端工件3与移动端工件4接触 瞬间，通过电源控制装置10及电源线11分别向所述振动夹具9和固定顶杆6中通入 300～1000A焊接电流，使振动端工件3与移动端工件4通电，在摩擦界面处产生电 阻热；

步骤四、当焊接界面材料达到粘塑性状态并产生变形，即稳定摩擦阶段时，其中， 从初始摩擦阶段到稳定摩擦阶段的总摩擦时间为3～10s、摩擦力为50～150MPa；由 所述电源控制装置10切断电流，控制所述振动端工件3与移动端工件4迅速对中并对 振动端工件3与移动端工件4施加100～350MPa的焊接顶锻力，顶锻时间为5～8s， 完成振动端工件3与移动端工件4的焊接。