[发明专利]基于一套搅拌头工具实现两种模式搅拌摩擦焊的方法

说明书

本发明提出了一种基于一套搅拌头工具实现两种模式搅拌摩擦焊的方法，旨在整合双侧旋转双轴肩搅拌摩擦焊与单侧轴肩静止双轴肩搅拌摩擦焊的优点，同时达到降低焊接成本和提高焊接效率的目的。本发明整合了双侧旋转双轴肩搅拌摩擦焊与单侧轴肩静止双轴肩搅拌摩擦焊的优点，仅通过安装或者拆卸搅拌头碗套便可在一个搅拌头工具上实现由双侧旋转双轴肩搅拌摩擦焊向单侧轴肩静止双轴肩搅拌摩擦焊之间的互相转换。这不仅避免了传统焊接时根据焊接结构和产热量的情况需要频繁更换双侧旋转双轴肩搅拌头和单侧轴肩静止搅拌头的工艺繁琐性，显著提高了焊接效率。

技术领域

本发明涉及摩擦焊接技术领域，具体涉及一种基于一套搅拌头工具实现两种模式搅拌摩擦焊的方法。

背景技术

搅拌摩擦焊是英国焊接研究所(TWI)于1990年发明的一种新型固相焊接技术，主要利用摩擦热和顶锻力耦合作用实现材料连接。由于摩擦热使材料达到塑性状态而不超过材料熔点，因此，搅拌摩擦焊可以避免常规焊接过程中所产生的气孔、夹渣、热裂纹、晶粒粗大及焊接变形量大等缺点。特别适用于铝合金、镁合金等轻质合金的焊接，目前已被应用于航空、航天、轨道车辆和汽车制造等领域。

双轴肩搅拌摩擦焊的搅拌头具有上下两个轴肩，其下轴肩取代了常规搅拌摩擦焊中所采用的背部刚性垫板，进而可以实现无支持曲面及中空型材的连接。同时，搅拌针在厚度方向上贯穿整个焊板，彻底避免了常规搅拌摩擦焊未焊透缺陷的产生。鉴于此，双轴肩搅拌摩擦技术成为国内外学者的研究热点，如发明专利CN 112620917 A、CN 108581179 B、CN203778960 U等从搅拌头设计和应用等方面为双轴肩搅拌摩擦焊技术的发展提供了理论指导。目前，双侧旋转双轴肩搅拌摩擦焊的搅拌头上下轴肩同向同速旋转，搅拌针承受的扭矩较大，易出现搅拌头断裂现象；此外，上下轴肩同时与焊板摩擦，导致产热量过大，造成焊缝热影响区尺寸较大和晶粒粗化现象。鉴于此，国内学者研发了上轴肩静止的双轴肩搅拌摩擦焊装置(如发明专利CN206010139U)及双侧轴肩均静止的双轴肩搅拌摩擦焊工具(如发明专利CN204997227U)，通过控制轴肩的运动状态实现了降低双轴肩搅拌摩擦焊热输入及减小焊缝表面飞边缺陷的目的。

综上可以看出，单侧轴肩静止或双侧轴肩静止的双轴肩搅拌摩擦焊技术相比于传统双轴肩搅拌摩擦焊技术在降低热输入及提高焊缝成形质量上具有显著优势。然而，针对大壁厚工件焊接时，双侧旋转双轴肩搅拌摩擦焊能够提供足够热量实现焊接，并且增加接头厚度方向组织均匀性，具有明显优势。因此，如何将双侧旋转双轴肩搅拌摩擦焊与单侧轴肩静止双轴肩搅拌摩擦焊的优点整合在一起，并研发一种能够实现单侧静止与双侧旋转一体的双轴肩搅拌头，不仅有利于节约搅拌头加工成本，而且能够提高焊接效率。

发明内容

本发明提出了一种基于一套搅拌头工具实现两种模式搅拌摩擦焊的方法，旨在整合双侧旋转双轴肩搅拌摩擦焊与单侧轴肩静止双轴肩搅拌摩擦焊的优点，同时达到降低焊接成本和提高焊接效率的目的。

本发明的技术方案是：

基于一套搅拌头工具实现两种模式搅拌摩擦焊的方法，其特殊之处在于：所述搅拌头工具包括搅拌头转接套、搅拌头上轴肩、搅拌头碗套、搅拌针和搅拌头下轴肩；搅拌头转接套用于将搅拌头碗套的一端与机器主轴外套相连；搅拌头上轴肩的一端伸入所述搅拌头转接套后与机器主轴对接，另一端伸入所述搅拌头碗套后与插入所述搅拌头碗套内的所述搅拌针的一端对接；所述搅拌针的另一端与所述搅拌头下轴肩相连；

基于所述搅拌头工具实现两种模式搅拌摩擦焊的方法为：

第一种，开展单侧轴肩静止的双轴肩搅拌摩擦焊：

步骤1.1，将两块待焊接板材对接布置固定于搅拌摩擦焊机器工作台上，并在对接面处用钻头加工一个用于所述搅拌针穿过的通孔；

步骤1.2，将所述搅拌头转接套与机器主轴外套连接，将所述搅拌头上轴肩与机器主轴连接，将搅拌头碗套与搅拌头转接套连接；