[发明专利]用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头、窄台阶水道盖板焊接工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦焊技术，具体涉及一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头及窄 台阶水道盖板焊接工艺。

背景技术

台阶水道盖板结构为航天领域经常应用到的结构，如图1-2所示，台阶水道盖板结构包 含盖板(a2)和水道基体(a1)。由于航天产品一般对产品轻量化要求较高，对空间利用率要 求高，水道结构中台阶宽度(a12)过大不仅会提高产品重量，而且会浪费大量的结构空间， 因此将台阶水道结构中台阶宽度a12保持较小的值对产品性能提升起到了重要作用。

盖板水道结构的焊接以前采用传统的真空钎焊，目前逐步被搅拌摩擦焊替代，搅拌摩擦 焊技术广泛应用于所有系列的铝及铝合金的连接制造中，具有焊接变形小，焊接质量高，接 头性能好等优点。但是受限于搅拌头的结构，现有的搅拌摩擦焊技术仅适用于焊接台阶宽度 (a12)大于或等于台阶深度(a11)的盖板水道结构，如果以现有的搅拌摩擦焊技术对水道台阶 宽度(a12)和台阶深度(a11)的比值不大于0.5的盖板水道结构进行焊接，很可能由于搅拌 头的轴肩对工件施加的压力过大而导致台阶宽度(a12)塌陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种针对窄台阶水道盖板结构的搅拌头及相应的焊接工 艺，实现了台阶宽度与焊接深度比不大于0.5的水道盖板结构的搅拌摩擦焊，从而减少了产 品重量，节省了结构空间。

本发明一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，包括轴肩和搅拌针；所述搅拌针包括针 身和针尖，其中针身为圆台状，针尖为圆柱状；所述针身向上与轴肩同轴固定，向下与针尖 同轴固定；于针身表面及轴肩底面均设置有螺纹，针尖表面光滑抛光。

本发明一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，其中所述针身与轴肩的连接处、针身与 针尖的连接处均为圆弧过渡。

本发明一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，其中所述针尖长度为0.5-1mm，直径为 2.5-3.5mm。

本发明一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，其中所述针身锥度为20-25°。

本发明一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头，其中所述轴肩底面直径为搅拌针长度的 2-2.5倍。

本发明窄台阶水道盖板焊接工艺，包括如下步骤：

a)根据盖板厚度选择权利要求1所述的搅拌头，其中搅拌针的长度等于盖板的厚度；

b)将清洗过的水道盖板和水道基体进行装配；

c)采用样冲对盖板和水道基体之间的缝隙进行调整，保证单边装配间隙不大于0.12mm, 形成待焊接工件；

d)将工件安装在工作台上，以焊缝中心为路径进行编程，采用尖端为针尖的示教搅拌头 进行示教，保证示教误差不大于0.2mm；

e)以针尖偏离焊缝中心为n进行路径编程，r-0.4mm≤n≤r-1mm，r为搅拌针的针尖半径； 针尖偏向水道基体方向；

f)安装搅拌头进行焊接。

本发明窄台阶水道盖板焊接工艺，其中在步骤c)中，相邻样冲点之间的距离为 10mm-20mm，先冲间隙小的位置，后冲间隙大的位置。

本发明窄台阶水道盖板焊接工艺，其中在步骤f)中，控制搅拌头压入量小于0.15mm，焊 接速度为120mm/min-200mm/min，旋转速度为500rmp-1000rmp。

本发明一种用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头与现有技术不同之处在于：①搅拌针采用 圆台状针身与圆柱状针尖结合的设计方式，在保证搅拌针端面直径相等的条件下，尽可能的 降低了搅拌针的最大半径，从而提高了焊接精度；②圆柱状针尖表面为光滑抛光状态，圆柱 状针尖表面之所以光滑抛光目的在于减少针尖处的材料塑性流动程度，从而降低了对台阶的 影响，避免了台阶的塌陷。

下面结合附图对本发明用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头、窄台阶水道盖板焊接工艺作 进一步说明。

附图说明

图1为台阶水道盖板结构示意图；

图2为图1中P处的局部放大图。

图3为本发明用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头的立体图；

图4为本发明用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头中搅拌针的正视图，该图省略了针身表 面的螺纹；

图5为本发明用于焊接窄台阶水道盖板的搅拌头对窄台阶水道盖板进行焊接的状态图；

图6为图5中Q处的局部放大图；