CN108372360A - 一种用于带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法 - Google Patents

一种用于带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法 Download PDF

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柴鹏
栾国红
郭晓娟
王月
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding

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Abstract

本发明提供了一种用于带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法，包括：根据待焊接带筋结构的表面形状，选用与所述待焊接带筋结构的表面形状相匹配的形状适应性轴套，所述形状适应性轴套与搅拌针，轴肩组成搅拌摩擦点焊工具；将上述搅拌摩擦点焊工具与待焊接带筋结构紧密配合，在焊接工作台上进行焊接。本发明通过使用与待焊接带筋结构的表面形状相匹配的形状适应性轴套对带筋结构进行搅拌摩擦点焊，从焊接开始到焊接完成冷却，搅拌摩擦焊点皆不会因为***材料受热变形而产生缺陷，同时，在此方法的作用下，工件的焊后变形也得到了有效控制。

Description

一种用于带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域，特别是涉及一种用于带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法。
背景技术
先进机械制造技术的发展，使得具有优异力学性能的复杂结构在航空、航天以及汽车等工业领域获得广泛的应用，而带筋板以及带筋结构尤其在航空工业领域应用广泛。传统的带筋结构采用铆接的连接方式进行制造，由于铆钉与筋板之间为机械连接，传统铆接型带筋结构在力学性能、密封性能以及抗腐蚀性能等方面具有许多弱点，难以满足当前飞行器设计中轻量化、高强度以及强耐受性等需求。
与铆接相比，回填式搅拌摩擦点焊是一种固相焊接技术，其焊接接头组织致密均匀具有优异的力学性能及防腐蚀性能。采用回填式搅拌摩擦点焊实施带筋薄板结构制造，不仅可以起到减重的作用，还可以保证结构的密封性，对提高产品的耐受性发挥着重要作用。
回填式搅拌摩擦点焊是通过轴套、轴肩以及搅拌针的协同作用完成带筋搭接结构的无匙孔焊接。但是，在搅拌摩擦点焊实施的过程中，由于焊点局部受热，易于造成***金属受力软化变形进而导致内部产生不可见缺陷。其次，由于带筋板中筋条搭接接触面一般较窄，而且工装作用在窄筋条上时装夹间隙以及其导致的装夹弱化作用，极易在焊接热输入的同时直接导致筋条变形，进而造成组织不均匀甚至内部孔洞缺陷。另外，普通回填式点焊轴套作用面积较小，在焊接过程中，待焊工件周围部分的材料易受热产生翘曲，导致焊点与母材之间的弱连接。因此，控制焊点周围的材料受力受热变形，是获得完整的焊点形貌以及优异稳定的焊点性能的关键。
发明内容
针对回填式搅拌摩擦点焊在带筋结构制造中出现的上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的可控制焊点局部变形以及避免焊点内部缺陷的回填式搅拌摩擦点焊方法。
本发明提供了一种用于带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法，使用由搅拌针，轴肩和轴套组成的回填式搅拌摩擦点焊工具进行焊接，其步骤包括：
1)根据待焊接带筋结构的表面形状，选用与所述待焊接带筋结构的表面形状相匹配的形状适应性轴套，所述形状适应性轴套与搅拌针，轴肩组成搅拌摩擦点焊工具；
2)将上述搅拌摩擦点焊工具与待焊接带筋结构紧密配合，在焊接工作台上进行焊接。
进一步地，所述形状适应性轴套与待焊接带筋结构的端面的配合部位具有侧顶体，焊接时侧顶体紧贴在待焊接带筋结构的端面上。
进一步地，所述侧顶体的垂向高度小于待焊接带筋结构的厚度并大于待焊接带筋结构的厚度的2/3。
进一步地，所述形状适应性轴套的形状为立方状、圆柱状、棱台状、棱锥状或者前述形状的组合形状。
进一步地，所述形状适应性轴套与待焊接带筋结构的竖筋面之间保留有间隙。
进一步地，所述间隙的宽度为0.1mm-0.2mm。
进一步地，所述形状适应性轴套的材料为高碳工具钢或高碳合金钢。
本发明通过使用与待焊接带筋结构的表面形状相匹配的形状适应性轴套对带筋结构进行搅拌摩擦点焊，从焊接开始到焊接完成冷却，搅拌摩擦焊点皆不会因为***材料受热变形而产生缺陷，同时，在此方法的作用下，工件的焊后变形也得到了有效控制。相对于现有的回填式搅拌摩擦点焊工具以及工艺，本发明将搅拌摩擦点焊的轴套作用外延，轴套不仅起到了限制塑性材料溢出的作用，还起到了辅助性夹具、控制焊接变形以及焊后缺陷产生的作用，形状适应性轴套的优化设计，大大增加了该焊接方法的灵活性，该方法具有重要的工程应用价值。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例的一种用于带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法的流程图；
图2为本发明实施例的Z型筋及L型筋搅拌摩擦点焊示意图；
图3为本发明实施例的U型筋搅拌摩擦点焊示意图；
图4为本发明实施例的空间三维L型筋搅拌摩擦点焊示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提供了一种用于带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法，使用由搅拌针，轴肩和轴套组成的回填式搅拌摩擦点焊工具进行焊接，如图1所示，具体步骤包括：
1)根据待焊接带筋结构的表面形状，选用与所述待焊接带筋结构的表面形状相匹配的形状适应性轴套，所述形状适应性轴套与搅拌针，轴肩组成搅拌摩擦点焊工具；
2)将上述搅拌摩擦点焊工具与待焊接带筋结构紧密配合，在焊接工作台上进行焊接。
在本发明实施例的一个方面，所述形状适应性轴套与待焊接带筋结构的端面的配合部位具有侧顶体，焊接时侧顶体紧贴在待焊接带筋结构的端面上。优选地，所述侧顶体的垂向高度小于待焊接带筋结构的厚度并大于待焊接带筋结构的厚度的2/3。所述形状适应性轴套的形状为立方状、圆柱状、棱台状、棱锥状或者前述形状的组合形状。搅拌摩擦点焊工具中形状适应性轴套可即装即用，针对不同的带筋结构采用不同的轴套，拓宽了搅拌摩擦点焊的应用领域，并且提高了回填式搅拌摩擦点焊的可操作性。
在本发明实施例的一个方面，所述形状适应性轴套的材料为高碳工具钢，高碳合金钢或高速钢。形状适应性轴套相比传统轴套具有更高的刚性，可施加更大的顶锻力对于抑制工件材料的热变形具有重要作用。
在本发明实施例的一个方面，所述形状适应性轴套与待焊接带筋结构的竖筋面之间保留有间隙，优选地，所述间隙的宽度为0.1mm-0.2mm。
本发明通过使用与待焊接带筋结构的表面形状相匹配的形状适应性轴套对带筋结构进行搅拌摩擦点焊，从焊接开始到焊接完成冷却，搅拌摩擦焊点皆不会因为***材料受热变形而产生缺陷，同时，在此方法的作用下，工件的焊后变形也得到了有效控制。相对于现有的回填式搅拌摩擦点焊工具以及工艺，本发明将搅拌摩擦点焊的轴套作用外延，轴套不仅起到了限制塑性材料溢出的作用，还起到了辅助性夹具、控制焊接变形以及焊后缺陷产生的作用，形状适应性轴套的优化设计，大大增加了该焊接方法的灵活性，该方法具有重要的工程应用价值。
以下结合附图描述形状适应性轴套与带筋结构的具体应用实施例：
实施例一
如图2所示，针对Z型5与L型6带筋结构，采用如图2(a)和(b)所示的方形轴套3并与焊接工装配合焊接装夹，与搅拌针1和轴肩2配合，其中轴套沿Z型筋5或L型筋6方向的长度大于2倍筋宽以控制焊接过程中筋面的纵向局部变形，其次，在轴套3上设定侧顶体4对Z型筋5或L型筋6搭接端面实施侧紧以防止焊接过程中焊点部分受力受热发生平面横向变形，该侧紧机构4可通过机械方式或气动方式实现，其垂向高度应小于搭接筋面的厚度并大于搭接筋面的厚度2/3，侧紧施力应以平面的方式均匀作用于搭接筋端面7,8之上。
实施例二
如图3所示，针对U型筋11搅拌摩擦点焊，采用如图3(a)和(b)所示方形轴套9，可以有效控制搅拌摩擦点焊过程中以及焊后焊点***筋面的局部变形。其中，轴套9端面角10可根据筋型倒圆角或斜角。此外，方形轴套9与U型筋竖筋面12之间应保留一定间隙，间隙范围为0.1mm-0.2mm，用以防止轴套与零件刮蹭和干涉。
实施例三
如图4所示，针对L型三角筋，采用端面如图4(b)所示的带直角侧顶体14的轴套，可同时起到焊接定位及限制变形的作用，以保证焊后筋面不发生局部变形以及内部缺陷。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种用于带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法，使用由搅拌针，轴肩和轴套组成的回填式搅拌摩擦点焊工具进行焊接，其特征在于，步骤包括：
1）根据待焊接带筋结构的表面形状，选用与所述待焊接带筋结构的表面形状相匹配的形状适应性轴套，所述形状适应性轴套与搅拌针，轴肩组成搅拌摩擦点焊工具；
2）将上述搅拌摩擦点焊工具与待焊接带筋结构紧密配合，在焊接工作台上进行焊接。
2.如权利要求1所述的带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，所述形状适应性轴套与待焊接带筋结构的端面的配合部位具有侧顶体，焊接时侧顶体紧贴在待焊接带筋结构的端面上。
3.如权利要求2所述的带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，所述侧顶体的垂向高度小于待焊接带筋结构的厚度并大于待焊接带筋结构的厚度的2/3。
4.如权利要求1所述的用于带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，所述形状适应性轴套的形状为立方状、圆柱状、棱台状、棱锥状或者前述形状的组合形状。
5.如权利要求1所述的用于带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，所述形状适应性轴套与待焊接带筋结构的竖筋面之间保留有间隙。
6.如权利要求5所述的用于带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，所述间隙的宽度为0.1mm-0.2mm。
7.如权利要求1-6中任一项所述的用于带筋板制造的搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，所述形状适应性轴套的材料为高碳工具钢或高碳合金钢。
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