CN105382405A - 一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接装置及方法，它涉及一种搅拌摩擦焊接装置及方法。本发明为了解决现有搅拌摩擦焊接方法难于避免未焊合缺陷的问题，或者虽然能够避免，但使热输入过大以及造成其他缺陷形成的问题。本发明的搅拌摩擦焊装置包括长针搅拌头，带有盲孔的静止轴肩、平移滑块、直线导轨和定位卡具。焊接时，直线导轨、被焊工件和定位卡具静止不动，长针搅拌头、静止轴肩和平移滑块沿焊接方向移动，实现焊接过程。本发明的一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接方法包括以下步骤：步骤一、装置的装配；步骤二、长针搅拌头和静止轴肩的固定；步骤三、搅拌摩擦焊接。本发明用于搅拌摩擦焊接。

Description

一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接装置及方法
技术领域
本发明涉及一种搅拌摩擦焊接装置及方法，具体涉及一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接装置及方法，属于焊接技术领域。
背景技术
搅拌摩擦焊接方法具有焊接变形小、接头质量高和绿色节能等优点，在航空航天和轨道交通等领域具有广泛的应用。但是，由于搅拌摩擦焊工艺本身的限制，所用搅拌针的长度一般都小于被焊工件的厚度以保证轴肩能与被焊工件紧密接触而获得良好的焊缝成形。正是由于搅拌针长度小于被焊工件厚度，因而难以避免在焊缝根部形成未焊合缺陷，而且该缺陷由于尺寸较小而难于采用常规的检测方法所发现，因而具有较大的安全隐患。尤其是对于薄板焊接，根部未焊合缺陷会严重降低接头承载能力，而且对于承受动载的接头而言，根部未焊合缺陷会严重降低其疲劳性能。
为解决这一问题，专利《CN101947691A》公开了一种上下轴肩直径不等的自持式搅拌摩擦焊接方法，获得了没有根部未焊合缺陷的接头，但由于上、下轴肩同时产热造成热输入较高而使接头软化严重，导致接头力学性能较低，而且该方法还存在搅拌针容易断裂的缺点；专利《CN102601515A》公开了一种下轴肩不旋转的自持式搅拌摩擦焊接用搅拌头及其焊接方法，由于下轴肩不旋转而降低了焊接热输入，但由于双轴肩只能进行零倾角焊接而造成锻压作用不足使得接头容易出现孔洞等缺陷；专利《CN103894726A》通过在焊接过程中使用同质材料的垫板并在焊后铣除垫板的方式消除根部未焊合缺陷，但此方法不但增加焊接工序和成本，而且易在工件底部引入Hook缺陷，反而导致接头性能降低。因此，本发明提出一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接方法，能在完全避免未焊合缺陷的同时，有效降低焊接热输入，实现带倾角的焊接，最终获得优质高强的焊接接头。
发明内容
本发明提出一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接装置及方法，目的是解决现有搅拌摩擦焊接方法难于避免未焊合缺陷的问题，或者虽然能够避免，但使热输入过大以及造成其他缺陷形成的问题，设计搅拌针长度大于被焊工件厚度的搅拌头，并使搅拌针倾斜穿透被焊工件，通过被焊工件下方带有盲孔的静止轴肩承受焊接轴向载荷，在完全避免未焊合缺陷形成的同时，获得优质高强的搅拌摩擦焊接头。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：
一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接装置，它包括长针搅拌头、静止轴肩、平移滑块、直线导轨和定位卡具，长针搅拌头由上轴肩和长搅拌针组成，长搅拌针固定安装在上轴肩的下端，且长搅拌针与上轴肩同轴设置，长针搅拌头搅拌针的长度大于被焊工件厚度；上轴肩和长搅拌针的横截面均为圆形；静止轴肩的中心加工有圆形盲孔，静止轴肩直径不小于搅拌头轴肩直径，盲孔直径大于长搅拌针直径，盲孔深度大于长搅拌针长度与被焊工件厚度的差值；两个定位卡具沿焊接方向相对布置并安装在焊接工作台上，直线导轨沿焊接方向安装在两个定位卡具之间的焊接工作台上，平移滑块安装在直线导轨上，静止轴肩安装在平移滑块上，平移滑块可在直线导轨上滑动，被焊工件安装在两个定位卡具的上端，长针搅拌头安装在焊机上，长针搅拌头、静止轴肩和平移滑块处在同一条轴线上，焊接时，被焊工件、直线导轨、定位卡具和焊接工作台静止不动，长针搅拌头的长搅拌针穿过被焊工件***静止轴肩的盲孔，长针搅拌头、静止轴肩和平移滑块沿焊接方向移动，直至焊接完成。
静止轴肩的直径比长针搅拌头的上轴肩直径大5mm。
静止轴肩盲孔的直径比长搅拌针的直径大4mm。
静止轴肩盲孔的深度比长搅拌针的长度与被焊工件厚度的差值大3mm。
本发明还提供了一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接方法，它包括以下步骤：
步骤一、装置的装配：
将平移滑块从一侧滑入直线导轨，并将直线导轨沿焊接方向固定在搅拌摩擦焊接的工作台上，将两个相同的定位卡具紧邻直线导轨的两侧放置并固定在工作台上，在焊接过程中，直线导轨和其两侧的定位卡具静止不动；
步骤二、长针搅拌头和静止轴肩的固定：
将长针搅拌头固定在搅拌摩擦焊机上，将静止轴肩固定在平移滑块上；静止轴肩上端面与定位卡具上端面处于同一水平面上，长针搅拌头、静止轴肩和平移滑块处在同轴线上；在焊接过程中，静止轴肩和平移滑块一起沿直线导轨4滑动，长针搅拌头与静止轴肩和平移滑块同步移动；
步骤三：搅拌摩擦焊接：
将被焊工件固定在定位卡具上，被焊工件下表面与静止轴肩上端面紧密接触，调整搅拌头倾角并将选定的焊接工艺参数输入控制***，启动焊接按钮，进行搅拌摩擦焊接。
固定在焊机上的长针搅拌头1倾角为0.5°-5°。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过设计长针搅拌头和带有盲孔的静止轴肩，使搅拌针能够倾斜穿透被焊工件，既避免了自持式搅拌摩擦焊上、下轴肩同时产热造成热输入较高而使接头软化严重的问题，又避免了双轴肩只能进行零倾角焊接造成锻压作用不足使得接头容易出现孔洞缺陷的问题，同时也降低了焊接过程中搅拌针断裂的可能性。本发明在完全避免未焊合缺陷形成的同时，有效降低了焊接热输入，实现带倾角的焊接，可以获得优质高强的搅拌摩擦焊接头。
附图说明
图1是本发明静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接装置的横截面示意图；图2是本发明静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接装置的纵截面示意图。
其中1为长针搅拌头，2为带有盲孔的静止轴肩，3为平移滑块，4为直线导轨，5为定位卡具，6为被焊工件,7为焊接工作台。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：它包括长针搅拌头1、静止轴肩2、平移滑块3、直线导轨4和定位卡具5，长针搅拌头1由上轴肩和长搅拌针组成，长搅拌针固定安装在上轴肩的下端，且长搅拌针与上轴肩同轴设置，长针搅拌头1搅拌针的长度大于被焊工件厚度；上轴肩和长搅拌针的横截面均为圆形；
静止轴肩2的中心加工有圆形盲孔，静止轴肩2直径不小于搅拌头1轴肩直径，盲孔直径大于长搅拌针直径，盲孔深度大于长搅拌针长度与被焊工件厚度的差值；
两个定位卡具5沿焊接方向相对布置并安装在焊接工作台7上，直线导轨4沿焊接方向安装在两个定位卡具5之间的焊接工作台7上，平移滑块3安装在直线导轨4上，静止轴肩2安装在平移滑块3上，平移滑块3可在直线导轨4上滑动，被焊工件6安装在两个定位卡具5的上端，长针搅拌头1安装在焊机上，长针搅拌头1、静止轴肩2和平移滑块3处在同一条轴线上，焊接时，被焊工件6、直线导轨4、定位卡具5和焊接工作台7静止不动，长针搅拌头1的长搅拌针穿过被焊工件6***静止轴肩2的盲孔，长针搅拌头1、静止轴肩2和平移滑块3沿焊接方向移动，直至焊接完成。
本实施方式的长针搅拌头1指的是搅拌针长度大于被焊工件厚度的搅拌头。
具体实施方式二：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式中长针搅拌头1的长搅拌针的长度比被焊工件厚度大2mm，如此设置，可以消除根部未焊合缺陷，其余与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的静止轴肩2端面直径比长针搅拌头1的上轴肩直径大5mm。如此设置，轴向压力完全作用于静止轴肩2上，能够获得良好的焊缝成形。其它连接方式与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的静止轴肩2的盲孔直径比长搅拌针的直径大4mm。如此设置，能够有效的防止搅拌针侧面与盲孔侧壁之间发生相互摩擦，从而降低搅拌针磨损。其它连接方式与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的静止轴肩2的盲孔深度比长搅拌针的长度与被焊工件厚度的差值大3mm。如此设置，能够有效防止搅拌针端面与盲孔底面之间发生相互摩擦，从而降低搅拌针磨损。其它连接方式与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接方法，它包括以下步骤：
步骤一、装置的装配：
将平移滑块3从一侧滑入直线导轨4，并将直线导轨4沿焊接方向固定在搅拌摩擦焊接的工作台7上，将两个相同的定位卡具5紧邻直线导轨4的两侧放置并固定在工作台7上，在焊接过程中，直线导轨4和其两侧的定位卡具5静止不动；
步骤二、长针搅拌头和静止轴肩的固定：
将长针搅拌头1固定在搅拌摩擦焊机上，将静止轴肩2固定在平移滑块3上；静止轴肩2上端面与定位卡具5上端面处于同一水平面上，长针搅拌头1、静止轴肩2和平移滑块3处在同轴线上；在焊接过程中，静止轴肩2和平移滑块3一起沿直线导轨4滑动，长针搅拌头1与静止轴肩2和平移滑块3同步移动；
步骤三：搅拌摩擦焊接：
将被焊工件6固定在定位卡具5上，被焊工件6下表面与静止轴肩2上端面紧密接触，调整搅拌头倾角并将选定的焊接工艺参数输入控制***，启动焊接按钮，进行搅拌摩擦焊接。
具体实施方式七：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的固定在焊机上的长针搅拌头1倾角为0.5°-5°。如此设置，能够有效的加强轴肩对焊缝金属的锻压作用，避免产生孔洞等缺陷。其它连接方式与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的固定在焊机上的长针搅拌头1倾角为2°。如此设置，能够有效的加强轴肩对焊缝金属的锻压作用，避免产生孔洞等缺陷。其它连接方式与具体实施方式五、六或七相同。

Claims (8)

1.一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：它包括长针搅拌头(1)、静止轴肩(2)、平移滑块(3)、直线导轨(4)和定位卡具(5)，长针搅拌头(1)由上轴肩和长搅拌针组成，长搅拌针固定安装在上轴肩的下端，且长搅拌针与上轴肩同轴设置，长针搅拌头(1)的搅拌针长度大于被焊工件厚度；上轴肩和长搅拌针的横截面均为圆形；
静止轴肩(2)的中心加工有圆形盲孔，静止轴肩(2)直径不小于搅拌头(1)轴肩直径，盲孔直径大于长搅拌针直径，盲孔深度大于长搅拌针长度与被焊工件厚度的差值；
两个定位卡具(5)沿焊接方向相对布置并安装在焊接工作台(7)上，直线导轨(4)沿焊接方向安装在两个定位卡具(5)之间的焊接工作台(7)上，平移滑块(3)安装在直线导轨(4)上，静止轴肩(2)安装在平移滑块(3)上，平移滑块(3)可在直线导轨(4)上滑动，被焊工件(6)安装在两个定位卡具(5)的上端，长针搅拌头(1)安装在焊机上，长针搅拌头(1)、静止轴肩(2)和平移滑块(3)处在同一条轴线上，焊接时，被焊工件(6)、直线导轨(4)、定位卡具(5)和焊接工作台(7)静止不动，长针搅拌头(1)的长搅拌针穿过被焊工件(6)***静止轴肩(2)的盲孔，长针搅拌头(1)、静止轴肩(2)和平移滑块(3)沿焊接方向移动，直至焊接完成。
2.根据权利要求1所述的一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：长针搅拌头(1)的长搅拌针的长度比被焊工件厚度大2mm。
3.根据权利要求1所述的一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：静止轴肩(2)的直径比长针搅拌头(1)的上轴肩直径大5mm。
4.根据权利要求1所述的一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：静止轴肩(2)盲孔的直径比长搅拌针的直径大4mm。
5.根据权利要求1所述的一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：静止轴肩(2)盲孔的深度比长搅拌针的长度与被焊工件厚度的差值大3mm。
6.一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一、装置的装配：
将平移滑块(3)从一侧滑入直线导轨(4)，并将直线导轨(4)沿焊接方向固定在搅拌摩擦焊接的工作台(7)上，将两个相同的定位卡具(5)紧邻直线导轨(4)的两侧放置并固定在工作台(7)上，在焊接过程中，直线导轨(4)和其两侧的定位卡具(5)静止不动；
步骤二、长针搅拌头和静止轴肩的固定：
将长针搅拌头(1)固定在搅拌摩擦焊机上，将静止轴肩(2)固定在平移滑块(3)上；静止轴肩(2)上端面与定位卡具(5)上端面处于同一水平面上，长针搅拌头(1)、静止轴肩(2)和平移滑块(3)处在同轴线上；在焊接过程中，静止轴肩(2)和平移滑块(3)一起沿直线导轨(4)滑动，长针搅拌头(1)与静止轴肩(2)和平移滑块(3)同步移动；
步骤三：搅拌摩擦焊接：
将被焊工件(6)固定在定位卡具(5)上，被焊工件(6)下表面与静止轴肩(2)上端面紧密接触，调整搅拌头倾角并将选定的焊接工艺参数输入控制***，启动焊接按钮，进行搅拌摩擦焊接。
7.根据权利要求6所述的一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：固定在焊机上的长针搅拌头(1)倾角为0.5°-5°。
8.根据权利要求7所述的一种静止轴肩辅助支撑倾斜穿透搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：固定在焊机上的长针搅拌头(1)倾角为2°。
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