CN108637505A - 一种非对称钨极氩弧焊预热-搅拌摩擦复合焊接方法 - Google Patents

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陈树君
李晓旭
袁涛
孔德兵
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    • B23K28/02—Combined welding or cutting procedures or apparatus

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Abstract

本发明涉及一种非对称预热钨极氩弧焊‑搅拌摩擦复合焊接方法，在焊缝表面沿焊接方向依次放置钨极氩弧焊焊枪和搅拌摩擦焊搅拌针，搅拌针轴心位于焊缝中心，焊枪固定在与搅拌针夹持机构相连的滑杆***上，使两者焊接速度相同。焊枪钨极轴心在垂直焊接方向与焊缝中心的距离及焊枪与母材平面夹角通过滑杆***调节。钨极氩弧焊预热，搅拌针在母材经电弧热处理条件下以一定参数进行搅拌摩擦焊焊接。钨极氩弧焊偏移在焊缝一侧预热，可避免传统金属材料焊接时裂纹、气孔、夹杂等缺陷的产生，及传统搅拌摩擦焊搅拌针因磨损而寿命低的问题，更解决传统搅拌摩擦焊前进侧、后退侧微观组织及性能的差异，有效提高搅拌摩擦焊焊缝的力学性能。

Description

一种非对称钨极氩弧焊预热-搅拌摩擦复合焊接方法
技术领域
本发明属于金属零件成形加工领域。尤其涉及一种非对称钨极氩弧焊预热-搅拌摩擦复合焊接方法。
背景技术
搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)是一种新型的固相连接技术，具有高效、环保、热变形和残余应力小等综合优点，尤其在铝合金和镁合金等轻质合金连接方面有着广泛的应用，但在焊接过程中，由于前进侧和后退侧金属流动方向及搅拌针旋转方向不同导致了产热机理不同，使焊缝两侧温度分布不同，从而导致焊缝两侧微观组织存在差异，焊缝前进侧、后退侧的力学性能分布不均匀且前进侧焊核区与热及影响区结合处强度最低的情况。
发明内容
本发明针对上述搅拌摩擦焊焊接过程中存在的不足，提供一种非对称钨极氩弧焊预热-搅拌摩擦复合焊接方法。
一种非对称钨极氩弧焊预热-搅拌摩擦复合焊接方法，沿焊接方向依次放置钨极氩弧焊焊枪和搅拌摩擦焊搅拌针，搅拌针轴心位于焊缝中心，焊枪固定在与搅拌针相连的滑杆***上使两者焊接速度相同，焊枪的钨极轴心在垂直焊接方向与焊缝中心保持预设距离，焊枪的钨极轴心在垂直焊接方向与焊缝中心的距离及焊枪与母材所在平面的夹角均通过滑杆***进行调节，钨极氩弧焊首先进行预热或焊接，随后搅拌针在母材经过了电弧热处理的条件下进行焊接，并以预定的转速、焊速及下压力进行搅拌摩擦焊焊接。
钨极氩弧焊电弧偏移在焊缝中心的一侧进行预热，开避免传统金属材料焊接时焊接裂纹、气孔、夹杂等缺陷的产生，也解决了传统搅拌摩擦焊中搅拌针因磨损而寿命低的问题，更解决传统搅拌摩擦焊焊缝前进侧、后退侧由于产热机理不同而导致焊缝两侧温度场分布不均的问题，从而使焊缝前进侧、后退侧有一定差异的微观组织、性能更接近，有效的提高了搅拌摩擦焊焊缝的力学性能。
一种非对称钨极氩弧焊预热-搅拌摩擦复合焊接方法，包括下述步骤：
一、将焊前预处理的母材固定在夹紧机构上；
二、根据母材材质和厚度确定以下工艺参数：钨极氩弧焊焊接/预热电流、焊枪角度、钨极氩弧焊焊枪与搅拌针在焊接方向和垂直焊接方向上的距离、钨极直径、钨极伸出长度、钨极距母材高度、保护气体流量；搅拌针倾斜角、搅拌针旋转速度、搅拌针下压量；复合焊接速度；
三、首先钨极氩弧焊焊枪在焊缝端部的前进侧母材上表面引弧施焊/预热，钨极氩弧焊焊枪及搅拌摩擦焊搅拌针同步向前运动，待搅拌针到达焊缝端部时，搅拌摩擦焊搅拌针旋转并***对接母材中，当轴肩与母材表面接触并旋转预定时间后进行焊接；材料结合界面的金属在钨极电弧热及搅拌针摩擦热共同作用下处于热塑性状态，并在搅拌针旋转的驱动下，从其前端向后部流动，在搅拌针压力作用下形成塑化连接；
四、当钨极氩弧焊焊枪和搅拌针分别到达焊缝末端时，钨极氩弧焊焊枪息弧抬起，搅拌针抽出，完成焊接过程。
作为优选，所述的钨极氩弧焊焊枪与搅拌针，在焊接方向上的距离为10-25mm进行调节，在垂直焊接方向上的距离为±20mm进行调节。
作为优选，在复合焊接过程中，当钨极氩弧焊电弧预热偏移在前进侧或后退侧，均可实现焊缝两侧的温度分布基本相同，解决前进侧和后退侧由于温度不均衡而导致焊缝前进侧与后退侧微观组织存在差异的问题，以此提高前进侧的力学性能
与现有搅拌摩擦焊接方法相比，本发明非对称钨极氩弧焊预热-搅拌摩擦复合焊接方法具有如下特点：使用钨极氩弧焊枪偏移在搅拌摩擦焊焊缝的前进侧或后退侧。电弧通过电弧热源和搅拌摩擦热源的复合，使前进侧和后退侧温度场分布基本相同，解决前进侧和后退侧由于温度不均衡而导致焊缝前进侧与后退侧微观组织存在差异的问题，以此提高前进侧的力学性能，尤其在热机影响区与热影响区交接处的性能。无论预热钨极氩弧焊位于焊缝的前进侧或后退侧，焊缝性能均有所提高，然后当电弧位于前进侧时，焊缝性能提高更明显。
附图说明
图1是非对称钨极氩弧焊预热-搅拌摩擦复合焊接方法的示意图。
图中：1-搅拌针，2-母材，3-钨极氩弧焊电源，4-钨极氩弧焊焊枪，5-钨极氩弧焊电弧，6-滑杆***,7-预热位置。
具体实施方式
本实施例采用的设备包括：搅拌针1，钨极氩弧焊电源3，钨极氩弧焊焊枪4，滑杆***6。搅拌针1为HM3合金且搅拌针长度为5.7mm的；钨极氩弧焊电源3输出幅值为20-300A的交流或直流电流；焊枪4所用钨极为直径为2.8mm；滑杆***6具有调节焊枪4与搅拌针1在焊接方向和垂直方向距离的功能及焊枪角度；母材2为6mm厚的2219-T87铝合金板材。
具体的非对称钨极氩弧焊预热-搅拌摩擦复合焊接方法包括以下步骤：
一、将焊前预处理好的母材2固定在夹紧机构上；
二、根据6mm厚的2219-T87铝合金母材2确定以下工艺参数：焊接电流为交流80A、焊枪4与母材2所在平面的夹角为45°、钨极氩弧焊焊枪4与搅拌针1在焊接方向距离为20mm、预热位置7为垂直焊接方向上的电弧偏移在焊缝前进侧4mm；搅拌针1倾斜角1°58’、搅拌针1旋转速度800rpm、搅拌针压入深度为5.8mm；焊接速度为160mm/min。
三、首先钨极氩弧焊焊枪4在焊缝端部的前进侧母材2表面引弧施焊，通过滑杆***连接使搅拌针1随之同步向前运行，待搅拌针1到达焊缝起始位置时，搅拌针1旋转扎入对接的母材2结合面，当搅拌针1的轴肩与母材2接触时，并旋转一定时间后，进行搅拌摩擦焊焊接，此时结合界面的母材2金属在钨极电弧5的电弧热和搅拌针1摩擦热的共同作用下处于热塑性状态，并在搅拌针1的做用下，从母材2的前端向后部塑性流动，在搅拌针1的下压力作用下形成塑化连接；
四、当钨极氩弧焊焊枪4和搅拌针1分别到达焊缝末端时，钨极氩弧焊焊枪4息弧，搅拌针1抽出，完成焊接。
五、经后期实验验证，当钨极氩弧焊焊枪4预热在焊缝前进侧4mm处，焊缝抗拉强度比预热在焊缝中心位置的抗拉强度提高了6％，比无预热的搅拌摩擦焊抗拉强度提高了近11％。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种非对称钨极氩弧焊预热-搅拌摩擦复合焊接方法，其特征在于：沿焊接方向依次放置钨极氩弧焊焊枪和搅拌摩擦焊搅拌针，搅拌针轴心位于焊缝中心，焊枪固定在与搅拌针相连的滑杆***上使两者焊接速度相同，焊枪的钨极轴心在垂直焊接方向与焊缝中心保持预设距离，焊枪的钨极轴心在垂直焊接方向与焊缝中心的距离及焊枪与母材所在平面的夹角均通过滑杆***进行调节，钨极氩弧焊首先进行预热或焊接，随后搅拌针在母材经过了电弧热处理的条件下进行焊接，并以预定的转速、焊速及下压力进行搅拌摩擦焊焊接。
2.根据权利要求1所述的非对称钨极氩弧焊预热-搅拌摩擦复合焊接方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
一、将焊前预处理的母材固定在夹紧机构上；
二、根据母材材质和厚度确定以下工艺参数：钨极氩弧焊焊接或预热电流、焊枪角度、钨极氩弧焊焊枪与搅拌针在焊接方向和垂直焊接方向上的距离、钨极直径、钨极伸出长度、钨极距母材高度、保护气体流量；搅拌针倾斜角、搅拌针旋转速度、搅拌针下压量；复合焊接速度；
三、首先钨极氩弧焊焊枪在焊缝起始端部的前进侧母材上表面起弧进行预热或焊接，钨极氩弧焊焊枪及搅拌摩擦焊搅拌针同步运行，待搅拌针到达焊缝端部时，搅拌摩擦焊搅拌针旋转并压入对接母材中，当轴肩与母材表面接触并旋转一定时间后进行焊接。材料结合界面的金属在钨极电弧热及搅拌针摩擦热共同作用下处于热塑性状态，并在搅拌针旋转的作用下，从搅拌针前端向后部流动，在搅拌针压力作用下形成塑化连接；
四、当钨极氩弧焊焊枪和搅拌针分别到达焊缝末端时，钨极氩弧焊焊枪息弧抬起，搅拌针抽出，完成焊接过程。
3.根据权利要求1和2所述的钨极惰性气体保护电弧焊预热-搅拌摩擦复合焊接方法，其特征在于，所述的钨极氩弧焊焊枪与搅拌针，在焊接方向上的距离为10-25mm进行调节，在垂直焊接方向上的距离为±20mm进行调节。
4.根据权利要求3所述非对称钨极氩弧焊预热-搅拌摩擦复合焊接方法，其特征在于，在复合焊接过程中，当钨极氩弧焊电弧预热偏移在前进侧或后退侧，均可实现焊缝两侧的温度分布基本相同。
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