[发明专利]一种填丝搅拌摩擦焊接方法

说明书

本发明涉及一种填丝搅拌摩擦焊接方法，包括下述步骤：准备带键槽工作台、准备背面垫板、准备焊接母材坡口、加工填充材料、组装填充材料及母材、调整搅拌头位置及搅拌摩擦焊；本发明通过在焊件背面设置特定形状填丝材料，在搅拌摩擦焊接过程中使填充材料参与焊缝的组成，并形成背面焊缝具有一定圆滑过渡增厚形状。在焊缝的正面对接间隙内设置特定材料成分的填充材料使其参与搅拌摩擦焊缝的组成，获得焊缝金属成分调节以实现接头强度补偿。

技术领域

本发明属于有色金属的焊接技术，具体涉及一种填丝搅拌摩擦焊接方法，主要应用于轨道交通、航空航天、电力电子、汽车轻量化制造等制造业领域。

背景技术

焊接是材料加工连接的最主要技术，对于不同的材料其焊接性能是不同的，轻量化有色金属铝、镁等材料因氧化膜、变形、强度失效等问题在采用电弧焊时焊接性是较差的。因此在一些重要的结构体制造时也是尽可能避免采用电弧焊接，如飞机制造。但是自1991年英国焊接研究所发明搅拌摩擦焊接以来，这种局面得到了改善。搅拌摩擦焊接是一种机械焊接过程中，焊接时接头质量好，操作环境好，工艺过程比较简单，焊接过程中不需要添加焊丝，焊缝金属的化学成分与母材保持一致。但是，在焊接后也存在一定的缺点，那就是与电弧焊相比，焊缝部位存在减薄问题和根部弱连接。减薄问题的存在势必影响到焊接接头的整体强度，为此很多研究人员都在积极探索解决方法，如专利申请号为201910212166.2提出的利用方案是利用消耗式搅拌头解决减薄问题，专利申请号201811236412.X提出采用零倾角恒压力实现零减薄，还有采用静止轴肩实现零减薄的办法。根部弱连接可以采用双面焊接或采用单面焊双面成形的办法解决，如专利200810202856.1提出的加垫板和2015102768.1提出的加软垫板，这两种专利方法通过垫板保证了搅拌针穿透工件背面消除了根部弱连接，在焊接过程中垫板未参与焊缝的组成。也有人通过正面填充丝实现焊缝增高或不减薄，如专利201210520645.9通过实现氩弧焊填丝焊接来实现增高，而专利201810149075.4则是通过专用机构进行冷填丝实现增高。上述方法对焊缝减薄都起到了一定的作用，但是还存在一定的局限性。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种填丝搅拌摩擦焊接方法，解决了搅拌摩擦焊焊缝减薄问题。

本发明的技术方案包括下述步骤：

步骤1，首先准备带键槽工作台，工作台尺寸以满足焊接件尺寸大小确定，键槽尺寸为宽40～50mm，深度为8～10mm，长度根据焊接件长度而定，键槽作用是放置背面垫板；

步骤2，准备背面垫板，背面垫板尺寸和键槽相匹配，两者以间隙配合；

步骤3，准备焊接母材坡口，在母材上、下表面加工出相应坡口，要求上表面坡口填充材料后上表面保持平齐，下表面坡口填充材料并放置工件于垫板后工件保持平整；

步骤4，加工填充材料，根据母材上、下表面坡口形状，加工出与之匹配的填充材料形状；

步骤5，组装填充材料及母材，首先将下填充材料放置于背面垫板中，组对放置带坡口的母材，使下填充材料准确放置入坡口内，再将上填充材料放置入母材上坡口内，施加横向组对力使母材与上填充材料贴紧，间隙配合，然后给母材加载垂直压紧力保持母材平整；

步骤6，调整搅拌头位置使搅拌针轴心与上表面填充材料中线对中；

步骤7，启动搅拌摩擦焊机并调整使其达到设定转速后缓慢送进搅拌头使其与母材接触进行摩擦产热，随着搅拌头与母材摩擦进行沉入，填充材料和母材温度逐渐升高进而达到塑性化，保持8-15秒，待焊接区域填充材料及母材完全塑性化后搅拌头开始移动进行焊接；

步骤8，焊接终点后，停止搅拌头移动并抬起搅拌头，然后关停搅拌头电机动力。

所述的步骤2中，背面垫板和键槽间隙公差为0.1mm，背面垫板长度比焊件长10mm，

背面垫板的截面形状为半椭圆形凹槽。