CN113828908A - 一种非直线插补变轨迹搅拌摩擦焊接工艺 - Google Patents

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汪洪峰
葛小乐
蒲家飞
宋娓娓
刘胜荣
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Abstract

本发明涉及搅拌摩擦焊接技术领域，具体涉及一种非直线插补变轨迹搅拌摩擦焊接工艺。本发明有效提升搅拌摩擦焊接区域的材料流动混合性能；有效扩展异种合金之间的搅拌摩擦焊接可能性，增强异种合金之间的金属交换能力，同时拓展其焊接工艺窗口。可显著的针对性提升搅拌摩擦焊接区域的某一特定性能，也可提升综合性能；弱化搅拌摩擦焊接区域的薄弱点，同时提供一种机械互锁力，进一步提升焊接效果。焊接区域毛刺更少，表面更加平整。变轨迹的焊接，额外对焊缝提供一种循环渐变的锻压力，进一步增强其致密性。

Description

一种非直线插补变轨迹搅拌摩擦焊接工艺
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊接技术领域，具体涉及一种非直线插补变轨迹搅拌摩擦焊接工艺。
背景技术
搅拌摩擦焊接是目前实现有色金属高质量焊接的必要手段，有着焊接速度快、变形小、自动化程度高、焊接质量高等优势，同时也是现在新能源汽车铝合金车架上广泛使用的焊接技术，也是一种绿色焊接技术。目前针对于搅拌摩擦焊接方面的技术研究和发展，主要是搅拌头的改进、工艺优化和外加辅助装置，或者基于测量焊接过程中的物理量进而对焊接过程中进行自动化控制，而对于焊接过程中的轨迹问题较少涉及，因此研究焊接轨迹对焊接质量的影响非常有必要。
现有的搅拌摩擦焊接工艺，更多的侧重于主轴旋转速度、焊接速度、下压量等工艺参数，均是基于直线插补焊接轨迹的工艺优化，其实质是改善焊接区域的力学性能，因此最终的优化结果受限，且易造成焊接区域不同的物化性质提升不同步，如抗拉强度提升，耐磨性下降明显等。
另外现在也有外加辅助装置的搅拌摩擦焊接工艺，如水下搅拌摩擦焊接、激光辅助搅拌摩擦焊接、超声波辅助焊接等，其均能在一定范围上改善焊接区域性能，但是都存在额外增加外设装置，增加装备复杂程度，引入较多外界影响因素、难以大批量正产等问题，并且使得焊接工艺复杂，难以得到有效控制，如水下辅助焊接，需要设置较大的循环冷却水槽，无疑增加了焊接难度，切不利于较长的工件焊接。
激光辅助焊接也引入激光功率输入这一工艺问题，同时增加设备使用和维护成本。
发明内容
针对上述技术背景提到的不足，本发明的目的在于提供一种非直线插补变轨迹搅拌摩擦焊接工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种非直线插补变轨迹搅拌摩擦焊接工艺，所述焊接工艺步骤如下：
S1、对待焊接母材进行清洁，并进行检查，得到清洁度合格的待焊接母材2；
S2、将待焊接母材置于工作台上，并利用工作台上的固定装置固定待焊接母材；
S3、搅拌头1的转速设置为500转/min；焊接速度为130mm/每分钟；搅拌头摆动幅度为0.5mm。
S4、根据待焊接缝隙的形状设计搅拌头的焊接轨迹；
S5、对焊接后的部件进行冷却和去毛刺处理。
进一步的，所述S4的焊接缝隙可以为折线型、S型、正弦曲线、余弦曲线。
进一步的，所述焊接轨迹的搅拌头前进方向的步长L恒大于搅拌头1的偏移幅值H。
进一步的，所述搅拌头1前进方向的步长L恒大于转向半径r的两倍。
进一步的，所述搅拌头1轴肩半径为R时，步长L取值范围为：R>L>R/10。
本发明的有益效果：
(1)有效提升搅拌摩擦焊接区域的材料流动混合性能；有效扩展异种合金之间的搅拌摩擦焊接可能性，增强异种合金之间的金属交换能力，同时拓展其焊接工艺窗口。
(2)可显著的针对性提升搅拌摩擦焊接区域的某一特定性能，也可提升综合性能；弱化搅拌摩擦焊接区域的薄弱点，同时提供一种机械互锁力，进一步提升焊接效果。焊接区域毛刺更少，表面更加平整。
(3)变轨迹的焊接，额外对焊缝提供一种循环渐变的锻压力，进一步增强其致密性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明的焊接结构示意图；
图2是待连接缝为曲线时的焊接工艺示意图；
图3是不同焊接轨迹的示意图。
图中标号说明：
1、搅拌头；2、待焊接母材；3、焊接轨迹；4、待焊接缝隙。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种非直线插补变轨迹搅拌摩擦焊接工艺，如图1-3所示，焊接步骤如下：
S1、对待焊接母材2进行清洁，并进行检查，得到清洁度合格的待焊接母材2；
S2、将待焊接母材2置于工作台上，并利用工作台上的固定装置固定待焊接母材2；
S3、搅拌头1的转速设置为500转/min；焊接速度为130mm/每分钟；搅拌头摆动幅度为0.5mm。
S4、根据待焊接缝隙4的形状设计搅拌头1的焊接轨迹3；
S5、对焊接后的部件进行冷却和去毛刺处理。
当采用搅拌头1轴肩半径R为12mm，选择步长L为2.5mm，转向半径r为1mm，幅值H为1mm时，可以有效的提升焊接区域冲击韧性。
当焊缝如图2所示为非直线时，焊接轨迹同样为非直线的一种插补形式，其中虚线为待连接缝。其中本发明涉及的非直线变轨迹的插补，不仅仅是图2中所示的圆弧，也可是图3所示的折线、S型、正弦、余弦曲线等。
不同焊接轨迹的设计方案如下：
实施例一、焊接轨迹为折线型时，搅拌头1前进方向的步长L恒大于搅拌头1的偏移幅值H，偏移幅值H恒大于焊接路径的转向半径r，步长L恒大于转向半径r的两倍，搅拌头1轴肩半径为R时，步长L取值范围为：R>L>R/10。
实施例二、焊接轨迹为s型时，搅拌头1前进方向的步长L恒大于搅拌头1的偏移幅值H，偏移幅值H等于焊接路径的转向半径r，步长L恒大于转向半径r的两倍，搅拌头1轴肩半径为R时，步长L取值范围为：R>L>R/10。
实施例三、焊接轨迹为正弦、余弦型时，搅拌头1前进方向的步长L恒大于搅拌头1的偏移幅值H，偏移幅值H大于焊接路径的转向半径r，步长L恒大于转向半径r的两倍，搅拌头1轴肩半径为R时，步长L取值范围为：R>L>R/10。
本发明设计的焊接轨迹能够有效的在不改变搅拌头直径的前提下扩大焊缝区域，增加焊核的体积大小，并且弱化了热机影响区这一焊接薄弱点，进而有效的提升焊接综合性能。
传统的搅拌摩擦焊接工艺中，无论焊缝是否为直线，热机影响区与母材的分界线是平行于焊缝的，这导致在一些性能测试中，如抗拉强度的测试，很容易在热机影响区发生断裂。而经过改进之后，热机影响区与母材的分界线是平行于焊缝的一条曲线，这样可以有效的提升与母材之间的结合长度。当待连接缝为直线时，常规的交界线也为直线，而本发明涉及的焊接轨迹下为曲线或者非直线，其理论交界线出长度是常规焊接工艺下的π/2倍，即常规焊接工艺下交界线长度是L。本发明下的是Lπ/2，更长的交界线长度有利于其结合强度的提升，同时提供了一种类似于“拉链”作用一样的机械结合作用，进一步提升综合性能。
本发明技术效果如下：
有效提升搅拌摩擦焊接区域的材料流动混合性能；有效扩展异种合金之间的搅拌摩擦焊接可能性，增强异种合金之间的金属交换能力，同时拓展其焊接工艺窗口。
可显著的针对性提升搅拌摩擦焊接区域的某一特定性能，也可提升综合性能；弱化搅拌摩擦焊接区域的薄弱点，同时提供一种机械互锁力，进一步提升焊接效果。焊接区域毛刺更少，表面更加平整。
变轨迹的焊接，额外对焊缝提供一种循环渐变的锻压力，进一步增强其致密性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种非直线插补变轨迹搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，所述焊接工艺步骤如下：
S1、对待焊接母材(2)进行清洁，并进行检查，得到清洁度合格的待焊接母材2；
S2、将待焊接母材(2)置于工作台上，并利用工作台上的固定装置固定待焊接母材(2)；
S3、搅拌头1的转速设置为500转/min；焊接速度为130mm/每分钟；搅拌头摆动幅度为0.5mm。
S4、根据待焊接缝隙(4)的形状设计搅拌头(1)的焊接轨迹(3)；
S5、对焊接后的部件进行冷却和去毛刺处理。
2.根据权利要求1所述的一种非直线插补变轨迹搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，所述S4的焊接缝隙(4)可以为折线型、S型、正弦曲线、余弦曲线。
3.根据权利要求1所述的一种非直线插补变轨迹搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，所述搅拌头(1)沿焊接轨迹(3)前进方向的步长L恒大于搅拌头1的偏移幅值H。
4.根据权利要求1所述的一种非直线插补变轨迹搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，所述搅拌头(1)前进方向的步长L恒大于转向半径r的两倍。
5.根据权利要求1所述的一种非直线插补变轨迹搅拌摩擦焊接工艺，其特征在于，所述搅拌头(1)轴肩半径为R时，搅拌头(1)前进方向的步长L取值范围为：R>L>R/10。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114289856A (zh) * 2022-01-21 2022-04-08 沈阳航空航天大学 一种搅拌摩擦加工方法在细化镁合金组织上的应用
CN114289855A (zh) * 2022-01-21 2022-04-08 沈阳航空航天大学 一种改善搅拌摩擦焊缝组织不对称性的焊接方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2815583Y (zh) * 2005-03-15 2006-09-13 中国航空工业第一集团公司北京航空制造工程研究所 一种平面二维焊缝搅拌摩擦焊主轴头
CN1921979A (zh) * 2004-03-19 2007-02-28 株式会社日立制作所 摩擦搅拌点接合方法以及接合装置
TW200821074A (en) * 2006-05-15 2008-05-16 Welding Inst Friction stir method
CN107876964A (zh) * 2017-12-07 2018-04-06 中国航天科技集团公司长征机械厂 一种基于搅拌摩擦焊的空间曲线焊缝铣焊一体化连接方法
CN110548986A (zh) * 2019-09-09 2019-12-10 山东大学 一种异种材料的搅拌摩擦焊接装置及焊接方法和应用
CN111788031A (zh) * 2018-03-29 2020-10-16 株式会社日立电力解决方案 摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合方法
CN111822846A (zh) * 2020-07-11 2020-10-27 宁波晶成机械制造有限公司 一种靶材组件的无尾孔焊接方法
CN113210909A (zh) * 2020-01-17 2021-08-06 天津大学 一种改善镁合金cmt增材制造熔敷层表面性能的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1921979A (zh) * 2004-03-19 2007-02-28 株式会社日立制作所 摩擦搅拌点接合方法以及接合装置
CN2815583Y (zh) * 2005-03-15 2006-09-13 中国航空工业第一集团公司北京航空制造工程研究所 一种平面二维焊缝搅拌摩擦焊主轴头
TW200821074A (en) * 2006-05-15 2008-05-16 Welding Inst Friction stir method
CN107876964A (zh) * 2017-12-07 2018-04-06 中国航天科技集团公司长征机械厂 一种基于搅拌摩擦焊的空间曲线焊缝铣焊一体化连接方法
CN111788031A (zh) * 2018-03-29 2020-10-16 株式会社日立电力解决方案 摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合方法
CN110548986A (zh) * 2019-09-09 2019-12-10 山东大学 一种异种材料的搅拌摩擦焊接装置及焊接方法和应用
CN113210909A (zh) * 2020-01-17 2021-08-06 天津大学 一种改善镁合金cmt增材制造熔敷层表面性能的方法
CN111822846A (zh) * 2020-07-11 2020-10-27 宁波晶成机械制造有限公司 一种靶材组件的无尾孔焊接方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
姜迪: "铝合金S型轨迹搅拌摩擦连接区域完整性分析", 《万方数据》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114289856A (zh) * 2022-01-21 2022-04-08 沈阳航空航天大学 一种搅拌摩擦加工方法在细化镁合金组织上的应用
CN114289855A (zh) * 2022-01-21 2022-04-08 沈阳航空航天大学 一种改善搅拌摩擦焊缝组织不对称性的焊接方法
CN114289855B (zh) * 2022-01-21 2023-08-22 沈阳航空航天大学 一种改善搅拌摩擦焊缝组织不对称性的焊接方法

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