[发明专利]一种可变转速回填式搅拌摩擦点焊方法

说明书

本发明提供了一种可变转速回填式搅拌摩擦点焊方法，涉及摩擦点焊技术领域。该方法包括：工件固定及预热，焊接工具对被焊板材进行装卡，搅拌套与搅拌针旋转对被焊板材进行预热；高转速扎入阶段，搅拌套以较高的转速扎入被焊板材，使工件获得足够的热输入；低转速扎入阶段，搅拌套以较低转速扎入被焊板材，控制焊接温度的升高；低转速回填阶段，搅拌套以较低转速向上回抽，控制焊接温度升高；高转速回填阶段，搅拌套以较高的转速向上回抽，使工件获得足够的热输入以获得良好的焊点成形；焊接完成,该方法可有效避免高强铝合金回填式搅拌摩擦点焊过程中材料发生局部熔化，同时获得良好的焊点成形，进而提高接头抗腐蚀性能及力学性能。

技术领域

本发明涉及摩擦点焊技术领域，具体而言，涉及一种可变转速回填式搅拌摩擦点焊方法。

背景技术

现回填式搅拌摩擦点焊(Refill friction stir spot welding，RFSSW)是一种新型单点连接技术。该技术通过搅拌头的旋转摩擦使被焊板材升温塑化，并在搅拌头的搅拌作用下使搭接界面破碎并形成冶金结合。由于焊接过程中金属不发生熔化，因此特别适合焊接铝合金等低熔点金属。

该技术所用的组合式焊接工具由同轴设置的压紧环、搅拌套及搅拌针三部分组成。焊接过程分为下扎和回填两个阶段：在下扎阶段，搅拌套旋转扎入被焊板材，同时搅拌针旋转回抽，塑性金属被挤入搅拌套的空腔内；在回填阶段，搅拌套旋转回抽的同时搅拌针旋转下扎，将搅拌套空腔内的塑性金属回填至焊点。在整个焊接过程中搅拌套及搅拌针的转速恒定，因此可以把传统的回填式搅拌摩擦点焊称之为恒定转速回填式搅拌磨擦点焊。

虽然回填式搅拌摩擦点焊被认为是一种固相连接技术，但当焊接高强铝合金时(2xxx、7xxx系列铝合金)，由于材料的初始熔化温度较低，极易在晶界附近发生局部熔化。该现象的发生会在焊后接头内部形成共晶组织及液化裂纹，这极大的恶化了接头的抗腐蚀性能及力学性能。虽然传统恒定转速回填式搅拌磨擦点焊方法可以通过降低搅拌套及搅拌针的转速来降低焊接热输入，以实现控制焊接峰值温度低于材料初始熔化温度，但往往由于焊接热输入不足导致焊点成形不良。也就是说，传统恒定转速回填式搅拌摩擦点焊在控制焊接峰值温度与保证焊点成形之间形成了难以协调的矛盾。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可变转速回填式搅拌摩擦点焊方法，该方法不仅可以控制焊接峰值温度在材料初始熔化温度以下，又可以保证工件获得足够焊接热输入以实现良好焊点成形。

本发明是这样实现的：

一种可变转速回填式搅拌摩擦点焊方法，包括：

工件固定及预热：将压紧环的下表面与被焊板材的上表面紧密贴合，并将搅拌套与搅拌针的下表面均与压紧环的下表面处于同一水平面，并使搅拌套与搅拌针均以ω₀的转速开始旋转，对焊接工件表面进行预热；

高转速扎入阶段：将搅拌套与搅拌针的转速从ω₀提升至ω₁，并将搅拌套以速度V₁向下扎入被焊板材至深度P₁，将搅拌针以速度V₂向上回抽，且V₂＝(D₁²-D₂²)V₁/D₂²，其中D₁为搅拌套的直径，D₂为搅拌针的直径；

低转速扎入阶段：将搅拌套与搅拌针的转速从ω₁降低至ω₂，并将搅拌套继续以速度V₁向下扎入被焊板材至深度P₂，将搅拌针以速度V₂向上回抽；