CN112222599A - 消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法包括：待焊工件预先装配定位，保证对接间隙≤0.3mm，焊接边保持钝边不倒角、不开坡口；采用激光焊接方法从对接接头背面进行焊接，根据工件焊接边壁厚偏差值δ₁确定激光焊接熔深δ₂≥δ₁+0.2，焊接过程中光斑呈圆形摆动，提高激光对焊接边间隙适用范围，焊缝宽度1～3mm，余高≤0.2mm；检查激光焊缝的余高，对超出的余高进行局部修锉；从正面进行搅拌摩擦焊接，搅拌针长t＝焊接边最小壁厚δ_min‑0.2，搅拌针端部直径大于激光焊缝的束腰宽度。本发明在正面进行搅拌摩擦焊之前，先对对接接头背面进行激光焊，激光焊缝将工件根部预先熔合从而消除了搅拌摩擦焊根部未焊透缺陷,尤其能够有效解决厚度波动较大的构件搅拌摩擦焊接未焊透问题。

Description

消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊，具体涉及一种消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法。

背景技术

对接接头搅拌摩擦焊接，为了避免扎穿，通常采用针长比工件厚度小的搅拌针进行施焊，焊缝根部的对接界面处于热力影响区，未形成有效连接，出现如图1所示的焊缝根部微小未焊透(未焊透部分肉眼无法观测到时称为弱结合)。

根部未焊透(弱结合)缺陷严重影响接头强度、工件服役性能，并且对检测的要求特别高。工程领域中用于消除或减少未焊透(弱结合)的方法主要有三种：垫片法(CN200810202856.1)、工装开槽法(CN200910123791.6)、双面焊接法(CN201810083224.1)。垫片法是采用与工件同质的垫片，安装在待焊工件与背部刚性垫板之间,垫片与待焊工件、背部刚性垫板之间均无间隙且对准焊缝中心，然后进行焊接，焊接后进行打磨去除垫片。垫片法将对接接头形式变为对搭接，搭接焊无法避免界面曲勾(如图2)，并且后续打磨的工作量非常大。工装开槽法是在背面刚性工装开三角形或圆形凹槽，根据焊接厚度进行调整，焊缝背面弱连接部位发生塑性变形挤入凹槽内，焊后进行打磨去除。工装开槽法，在后续拆卸时，由于零件曲面的问题，可能无法拆卸，并且打磨工作量大。双面焊接法是双面进行搅拌摩擦焊施焊，可采用双面等厚焊接，或者一面采用短型搅拌针进行。双面焊接方法，需要两次装夹，复杂零件需要两套刚性工装，生产效率较低。

上述前两种方法在解决搅拌摩擦焊根部未焊透或弱连接问题均存在一定的局限性，尤其当焊接边壁厚不均匀时，其劣势更加明显；例如当焊接边最厚处为6.6mm，最薄处为6mm，如果采用第一种方法搅拌针长选择6.4mm，这样在厚度较薄的地方必然存在扎穿引起的界面曲勾缺陷，并且打磨工作量非常大；而采用第二种方法，搅拌针长选择5.8mm，依然存在为焊透及弱连接的风险，若凹槽较大并采用同质材料填实，然后选用长的搅拌针进行焊接，其效果与第一种方法相同。

最后一个方法在焊接效率方面存在局限性，并且需要两套工装，生产投入较大。

CN200980152432.1文件中公开了对接焊缝和使用熔焊和搅拌摩擦焊的制造方法，根部采用开坡口大熔深的熔焊方法，正面采用搅拌摩擦焊接，组合采用两种焊接方法，采用本发明，开坡口熔焊填充材料很难控制余高，在正面施焊时背面装配难度较大。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于解决搅拌摩擦焊过程中经常存在未焊透、根部弱连接的缺陷，并且当焊接壁厚均匀性较差时，既可以避免搅拌针扎穿工件，也可以解决未焊透及弱连接缺陷。本发明提供的一种消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，解决对接接头搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接问题，降低搅拌摩擦焊对工件壁厚一致性的要求，提高接头可靠性。

实现本发明的技术方案如下：

步骤一、待焊工件预先装配定位，保证对接间隙≤0.3mm，焊接背面基本齐平，焊接边保持钝边不倒角、不开坡口；

步骤二、采用激光焊接方法从对接接头背面进行焊接，根据待焊工件焊接边壁厚偏差值δ₁确定激光焊接熔深δ₂≥δ₁+0.2，焊缝宽度1mm～3mm，余高≤0.2mm；

步骤三、检查激光焊缝的余高，若余高大于0.2mm，对超出的余高进行局部修锉；

步骤四、从正面进行搅拌摩擦焊接，搅拌针针长t＝焊接边最小壁厚δ_min-0.2，搅拌针端部直径应大于激光焊缝宽度；

步骤二所诉的激光在焊接过程中采用圆形摆动方式，摆动范围为0.8mm～1.5mm，摆动频率为50Hz～300Hz，提高激光焊接对焊接边间隙的允许范围，并且减少气孔和飞溅的产生。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

本发明的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，在正面进行搅拌摩擦焊之前，先对对接接头背面进行激光焊，预先焊上的激光焊缝起到了消除搅拌摩擦焊根部未焊透(弱连接)缺陷；

本发明的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，由于激光焊接焊缝细，正面搅拌摩擦焊时对预先激光焊接的焊缝进行再次锻压，搅拌摩擦焊焊缝宽度大于激光焊缝，一方面可去除激光焊缝气孔缺陷，另一方向可将激光焊缝的铸造组织改变为锻造细晶组织，提高接头强度，保证焊接质量；

本发明的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，降低了搅拌针长度的选择难度，搅拌针长度的选择比待焊工件最薄区厚度小0.2mm即可，能有效避免出现扎穿等问题，也会降低对零件加工精度的要求，适用范围非常广，尤其对于生产钣金零件，钣金零件壁厚不均匀且难以机加工保证精度，采用本发明可以很好解决此类零件搅拌摩擦焊根部未焊透问题，增大了搅拌摩擦焊工程应用的适用性；

本发明的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，预先焊接采用激光焊接，效率高、易控制且焊接效果好，省去了焊后打磨工序；在预装配的工序进行根部激光焊接，保证一定的熔深，即可弥补搅拌摩擦焊无法穿透全厚度的未焊透问题，工序简单。

本发明的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，焊接接头强度高于常规单面搅拌摩擦焊接头，与双面搅拌摩擦焊相比，减少了一次搅拌摩擦焊装夹，熔深较浅的背面激光焊缝仅采用手持激光头操作即可完成，具有非常高的灵活性和柔性，效率至少提升1倍。

附图说明

本发明的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法由以下的实施例及附图给出。

图1为现有技术中搅拌摩擦焊根部未焊透(弱结合)示意图。

图2为现有技术的垫片法产生的界面曲勾示意图。

图3为本发明较佳实施例中焊前装配示意图。

图4为本发明较佳实施例中对接接头背面激光预先焊接示意图(一)。

图5为本发明较佳实施例中对接接头背面激光预先焊接示意图(二)。

图6为本发明较佳实施例中对接接头背面激光预先焊接后进行搅拌摩擦焊缝纵截面效果图。

图7为背面不进行预焊接的搅拌摩擦焊缝纵截面效果图。

图8为较佳实施例中对接接头正面搅拌摩擦焊施焊示意图。

图9为本发明较佳实施例中对接接头正面搅拌摩擦焊施焊完成示意图。

具体实施方式

以下将结合图3～图7对本发明的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法作进一步的详细描述。

本发明的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，先采用激光焊接方法在对接接头背面，将对接面根部熔合，焊接前无需开坡口；再在对接接头正面进行搅拌摩擦焊施焊。

本发明在正面进行搅拌摩擦焊之前，先对对接接头背面进行激光焊，将对接面根部熔合，预先焊上的激光焊缝起到了消除搅拌摩擦焊根部未焊透(弱连接)缺陷。

现以具体实施例详细说明本发明的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法。

本实施例以筒形零件为例，该筒形零件由4瓣部件组合成，即包含4条纵缝。

1)参见图3，将4块弧形板装配成筒形，在筒外壁采用手工熔焊定位，形成整圆，保证对接面间隙≤0.3mm，焊接背面基本齐平，焊接边保持钝边不倒角、不开破口；一弧形板与另一弧形板的对接处为待焊接的缝，筒外壁为对接接头正面(搅拌摩擦焊施焊一侧)，筒内壁为对接接头背面；

2)采用激光焊接头伸入筒内，从对接接头(缝)背面进行焊接，参见图4；

激光焊将对接面根部熔合，根根据工件焊接边壁厚偏差值δ₁确定激光焊接熔深δ₂≥δ₁+0.2，例如，焊接边最厚δ_max为6.6mm，最薄δ_min为6mm，那么δ₁＝δ_max-δ_min＝0.6mm，焊接熔深δ₂≥0.8mm；焊接过程中激光呈圆形摆动，摆动幅值为0.8mm～1.5mm，摆动频率为50Hz～300Hz，提高激光焊接对焊接边间隙的允许范围，并且减少气孔和飞溅的产生；激光焊缝宽度为1mm～3mm，余高≤0.2mm，可以允许有一定的下凹；

参见图4，较优地，激光焊接区域理想形状呈钟罩形状，可通过优化激光焊接参数实现，如焊接熔深为0.8mm，选择工艺参数：激光功率为900W，焊接速度为1.2m/min，离焦量为±2mm，摆动幅值为1.5mm，摆动频率为50～100Hz，光斑大小为0.5mm；

激光焊接效率高、易控制，且焊接效果好(如焊接面平滑，基本无余高)；另外，一般来说，手持激光焊接头尺寸较小，对空间的要求与手工电弧焊基本相同，仅可采用手持激光接头操作即可完成；

对于平直的待焊接缝，本实施例采用靠模安装在待焊接的缝附近，将激光焊接头安装于靠模，激光与对接面对中，利用靠模替代手持，保证激光焊接过程的稳定性；对于复杂焊缝可借助执行机构，如机器人、机床等来实现；

3)从对接接头(缝)正面进行搅拌摩擦焊接；

由于先在对接接头背面进行激光焊接，且激光焊接具有一定焊接熔深，因此进行搅拌摩擦焊接时，搅拌摩擦焊的搅拌针长度可比待焊工件最薄区厚度小0.2mm，例如待焊工件的厚度为5.0mm～5.8mm，激光焊接熔深为1mm，搅拌针长度可选择4.8mm，可以实现整条焊缝全焊透，如图6；

在未预先进行激光焊接的条件下，搅拌针长度若选择4.8mm，那么在厚度大于5.0mm的位置，必然出现很大的未焊透缺陷，若搅拌针长度选择5.5mm，那么在厚度小的地方则会发生扎穿现象，如图7。

由此可以看出，本发明不仅可以消除或减少未焊透(弱结合)的缺陷发生，而且能有效避免出现扎穿等问题，也会降低对零件加工精度的要求，适用范围非常广。

搅拌摩擦焊的搅拌针的尺寸应大于激光焊缝宽度(即搅拌摩擦焊缝宽度应大于激光焊缝宽度)，使搅拌摩擦焊接区域可以基本覆盖激光焊接区域，以消除激光焊接区域内的气孔缺陷，改善激光焊接区域性能，如图7；

进行搅拌摩擦焊接时，搅拌摩擦焊接头安装于工装上，搅拌头对中对接面，然后进行搅拌摩擦焊施焊，焊接参数应保证内部无隧道空洞缺陷，焊接过程保证表面压入量为0.1mm～0.2mm，如图5；例如焊接5mm，搅拌摩擦焊参数为：转速500～1000rpm，焊接速度150～500mm/min，焊接倾角2.8°。

所有正面搅拌摩擦焊接完成后，对接面实现了全焊透的连接，如图8；等待焊接工件冷却后，拆卸工装，进行后续的检验工序。

本发明的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，由于预先激光焊接将对接面根部熔合，这样在带焊接工件厚度不均匀的条件下，增大了搅拌摩擦焊工程应用的适用性，保证了对接接头内部质量；本发明的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，焊后无需背面打磨，也无需两次装焊，在预先定位后可直接进行根部焊接操作，具有易操作、效率高、可靠性高的特点。

依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、待焊工件预先装配定位，保证对接间隙≤0.3mm，焊接背面基本齐平，焊接边保持钝边不倒角、不开坡口；

步骤二、采用激光焊接方法从对接接头背面进行焊接，根据待焊工件焊接边壁厚偏差值δ₁确定激光焊接熔深δ₂，δ₂≥δ₁+0.2，焊缝宽度为1mm～3mm，余高≤0.2mm；

步骤三、检查激光焊缝的余高，若余高大于0.2mm，对超出的余高进行局部修锉；

步骤四、从正面进行搅拌摩擦焊接，搅拌针针长t＝焊接边最小壁厚δ_min-0.2，搅拌针端部直径大于激光焊缝的宽度。

2.如权利要求1所述的消除搅拌摩擦焊根部未焊透及弱连接的方法，其特征在于，激光焊接光斑在焊接过程中采用圆形摆动方式，摆动范围为0.8mm～1.5mm，摆动频率为50Hz～300Hz，提高激光焊接对焊接边间隙的允许范围，并且减少气孔和飞溅的产生。

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