在攪拌摩擦焊接高熔點(diǎn)材料工藝中防止攪拌頭磨損的方法，它涉及攪拌摩擦焊的方法。它解決了現(xiàn)有攪拌頭在扎入被焊材料時(shí)摩擦階段“冷態(tài)”硬摩擦而導(dǎo)致攪拌頭出現(xiàn)嚴(yán)重磨損的問(wèn)題。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的方法為：一、在兩個(gè)被焊材料的焊接起始位置對(duì)接處的上平面上開(kāi)設(shè)兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的半圓形側(cè)凹孔，兩個(gè)半圓形側(cè)凹孔合成一個(gè)圓柱形盲孔；二、將攪拌頭針部對(duì)準(zhǔn)圓柱形盲孔的孔心處，攪拌頭旋轉(zhuǎn)并向盲孔內(nèi)運(yùn)動(dòng)；三、攪拌頭開(kāi)始向左端運(yùn)動(dòng)實(shí)施焊接，當(dāng)攪拌頭運(yùn)動(dòng)到被焊材料的左端焊接完成。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)在兩個(gè)被焊接材料的焊接起始位置對(duì)接處的上表面上開(kāi)設(shè)兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的半圓形側(cè)凹孔，兩個(gè)半圓形側(cè)凹孔合成一個(gè)圓柱形盲孔，因而有效減小了攪拌頭的磨損，工藝簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及攪拌摩擦焊接方法，具體涉及鎢基合金攪拌頭磨損的方法。技術(shù)背景攪拌摩擦焊的基本原理如專(zhuān)利PCT/GB92/02203所述，在焊接過(guò)程中，利 用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與工件摩擦產(chǎn)生的熱量使被焊材料局部塑化，當(dāng)攪拌頭 沿著悍接界面移動(dòng)時(shí)，塑化材料在攪拌頭的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力作用下由攪拌頭的前 部移向后部，并在攪辟頭的擠壓下形成致密的固相焊縫。從專(zhuān)利技術(shù)至今，攪拌 摩擦焊技術(shù)已成功應(yīng)用于鋁、鎂等低熔點(diǎn)材料的焊接并取得了良好的效果。 為擴(kuò)大該技術(shù)的應(yīng)用范圍，近年來(lái)正在開(kāi)展諸如鋼、鈦等高熔點(diǎn)材料的攪拌 摩擦焊接研究，所遇到的主要挑戰(zhàn)就是攪拌頭磨損嚴(yán)重，使得焊接過(guò)程不能 順利完成或影響焊接質(zhì)量。為解決這個(gè)問(wèn)題，人們已將攪拌頭的制作材料作 為突破點(diǎn)，并且認(rèn)為鎢基合金是一種高熔點(diǎn)材料攪拌摩擦焊用攪拌頭的合適 制作材料。然而，正如T. J. LIENERT等人于2003年1月在《WELDING JOURNAL》 上發(fā)表文章所指出的那樣，雖然是采用鎢基合金制作的攪拌頭，但對(duì)中碳鋼 等高熔點(diǎn)材料進(jìn)行攪拌摩擦焊時(shí)，同樣存在鎢基合金攪拌頭磨損嚴(yán)重的問(wèn)題， 而且這種磨損主要表現(xiàn)在鎢基合金攪拌頭在扎入階段，而不是穩(wěn)態(tài)焊接階段。 這是因?yàn)椋u基合金攪拌頭和被焊材料之間的摩擦在扎入階段屬于"冷態(tài)"摩擦，被焊接材料處于硬態(tài)而導(dǎo)致鎢基合金攪拌頭出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損；而在穩(wěn)態(tài)焊接階段，被焊接材料已被充分加熱而軟化，鴇基合金攪拌頭和被焊 接材料之間的摩擦屬于"熱態(tài)"摩擦，由于被焊接材料處于軟態(tài)而使鉤基合 金攪拌頭的磨損小。—
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)為了解決現(xiàn)有攪拌頭在扎入被焊材料時(shí)摩擦階段屬于"冷態(tài)" 摩擦，被焊接材料處于硬態(tài)而導(dǎo)致攪拌頭出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，使得焊接過(guò)程不能 順利完成的問(wèn)題或影響焊接質(zhì)量，提供了一種，解決上述問(wèn)題的具體技術(shù)方案如下本專(zhuān)利技術(shù)攪拌摩擦焊接高熔點(diǎn)材料工藝中防止攪拌頭磨損的方法的步驟如下步驟一、根據(jù)被焊接材料(被焊材料為不銹鋼、碳鋼、鈦合金或鎳合金 高熔點(diǎn)材料)的厚度和攪拌頭的尺寸，在兩個(gè)被焊接材料的焊接起始位置對(duì) 接處的上表面上設(shè)有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的半圓形側(cè)凹孔，兩個(gè)半圓形側(cè)凹孔合成一個(gè) 圓柱形盲孔，盲孔的直徑為攪拌頭針根部直徑的l. 1 1.2倍，盲孔的深度為 被焊接材料厚度的0. 7 0. 8倍；步驟二、將攪拌頭針部對(duì)準(zhǔn)圓柱形盲孔的孔心處，攪拌頭以300 800rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)并以0.2 1.0mm/min (毫米/分鐘)的速度向下方的 盲孔內(nèi)運(yùn)動(dòng)；步驟三、當(dāng)攪拌頭針部接觸圓柱形孔的底部時(shí)，針端部開(kāi)始與被焊接材 料摩擦而產(chǎn)生熱量，為后續(xù)焊接提供材料軟化所需的部分熱量，當(dāng)攪拌頭的 肩部與被焊接材料的上表面接觸后，經(jīng)過(guò)30 60秒的表面摩擦，使被焊接材 料充分軟化，攪拌頭開(kāi)始以30 100mm/min (毫米/分鐘)的速度向左運(yùn)動(dòng)實(shí) 施焊接，當(dāng)攪拌頭運(yùn)動(dòng)到被焊接材料的左端焊接完成。本專(zhuān)利技術(shù)在兩個(gè)被焊接材料的焊接起始位置對(duì)接處的上表面上開(kāi)設(shè)兩個(gè)對(duì) 稱(chēng)的半圓形側(cè)凹孔，兩個(gè)半圓形側(cè)凹孔合成一個(gè)圓柱形盲孔，使鉤基合金攪 拌頭針部在扎入過(guò)程中與被焊接材料之間發(fā)生"冷態(tài)"摩擦的作用時(shí)間大大 減少，因而有效減小了鎢基合金攪拌頭的磨損，采用該方法后，焊接2m高熔 點(diǎn)材料后攪拌頭尺寸變化很小，而未開(kāi)孔攪拌頭在焊接扎入階段即出現(xiàn)較為 嚴(yán)重磨損。而且本專(zhuān)利技術(shù)工藝簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)，提高了鎢基合金攪拌頭的使用 壽命，焊接過(guò)程能順利完成和焊接質(zhì)量好。附圖說(shuō)明圖1是本專(zhuān)利技術(shù)方法實(shí)施的示意圖。圖中1是攪拌頭，1-1是攪拌頭針部， l-2是攪拌頭肩部，2是被焊接材料，2-1是在被焊接材料上開(kāi)設(shè)的圓柱形盲 孔。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一:結(jié)合圖1描述本實(shí)施方式。本實(shí)施方式方法的步驟如下 步驟一、根據(jù)被焊接材料(被焊材料為不銹鋼、碳鋼、鈦合金或鎳合金高熔點(diǎn)材料)的厚度和攪拌頭(攪拌頭為鎢基合金材料)的尺寸，在兩個(gè)被 焊材料的焊接起始位置對(duì)接處的上表面上開(kāi)有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的半圓形側(cè)凹孔，兩個(gè)半圓形側(cè)凹孔合成一個(gè)圓柱形盲孔2-1，盲孔2-1的直徑為攪拌頭針根部直 徑的1. 1 1. 2倍，盲孔2-1的深度為被焊接材料厚度的0. 7 0. 8倍；步驟二、將攪拌頭針部對(duì)準(zhǔn)圓柱形盲孔2-1的孔心處，鎢基合金攪拌頭 以300 800rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)并以0.2 1.0mm/min (毫米/分鐘) 的速度向下方的盲孔內(nèi)運(yùn)動(dòng)；步驟三、當(dāng)攪拌頭針部接觸圓柱形盲孔2-1的底部時(shí)，針端部開(kāi)始與被 焊材料產(chǎn)生摩擦而產(chǎn)生熱量，為后續(xù)焊接提供材料軟化所需的部分熱量，當(dāng) 攪拌頭的肩部與被焊材料的上表面接觸后，經(jīng)過(guò)30 60秒的表面摩擦，摩擦 產(chǎn)生的熱量使局部溫度達(dá)到900 120(TC，使被焊接材料充分軟化，攪拌頭開(kāi) 始以30 100mm/min (毫米/分鐘)的速度向左運(yùn)動(dòng)實(shí)施焊接，當(dāng)攪拌頭運(yùn)動(dòng) 到被焊接材料的左端焊接完成。具體實(shí)施方式二本實(shí)施方式步驟一中采用2mm厚的TC4鈦合金材料進(jìn) 行攪拌摩擦焊，用W-Re合金作攪拌頭，其肩部直徑為10mm，針根部直徑為 4. 6跳針部長(zhǎng)度為1. 8腿,盲孔2-1的直徑為5. 5ram，盲孔2-1的深度為1. 4mm; 步驟二中的攪拌頭以400rpm (轉(zhuǎn)'/分鐘)的轉(zhuǎn)速并以0. 5mm/min (毫米/分鐘) 的速度向下方的盲孔2-1內(nèi)運(yùn)動(dòng)；步驟三中的焊接速度為50mm/min (毫米/ 分鐘)。其它步驟與具體實(shí)施方式一相同。在具體實(shí)施方式二的焊接工藝條件 下，焊縫成形好，攪拌頭尺寸變化很小，亦即攪拌頭磨損很小。具體實(shí)施方式三本實(shí)施方式步驟一中采用2. 5ram厚的S304不銹鋼材料 進(jìn)行攪拌摩擦焊，用W-Re合金作攪拌頭，其肩部直徑為llmm，針根部直徑為 5mm，針部長(zhǎng)度為2. 3mm，盲孔2-1的直徑為6mm，盲孔2-1的深度為1. 8mm; 步驟二中的攪拌頭以600rpm(轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速，攪拌頭針部以0. 5ram/min (毫 米/分鐘)的速度向圓柱形盲孔2-l內(nèi)運(yùn)動(dòng)；步驟三中的焊接速度為80mm/min (毫米/分鐘)。其它步驟與具體實(shí)施方式一相同。在本具體實(shí)施方式三的焊 接工藝條件下，焊縫成形好，攪拌頭尺寸變化極小，而攪拌頭幾乎未產(chǎn)生磨 損。權(quán)利要求1、，其特征在于該方法的步驟如下步驟一、根據(jù)被焊材料的厚度和攪拌頭的尺寸，在兩個(gè)被接焊材料(2)的焊接起始位置對(duì)接處的上表面上設(shè)有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的半圓形側(cè)凹孔，兩個(gè)半圓形側(cè)凹孔合成一個(gè)圓柱形盲孔(2-1)，盲孔(2-1)的直徑為攪拌頭針根部直徑的1.1～1.2倍，盲孔(2-1)的深度為被焊接材料(2)厚度的0.7～0.8倍；步驟二、將攪拌頭針部對(duì)準(zhǔn)圓柱形盲孔(2-1)的孔心處，攪拌頭以300～800rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)并以0.2～1.0mm/min的速度向下方的盲孔(2-1)內(nèi)運(yùn)動(dòng)；步驟三、當(dāng)攪拌頭針部接觸圓柱形盲孔(2-1)的底部時(shí)，針端部開(kāi)始與被焊接材料摩擦而產(chǎn)生熱量，為后續(xù)焊接提供材料軟化所需的部分熱量，當(dāng)攪拌頭的肩部與被焊材料的上表面接觸后，經(jīng)過(guò)30～60秒的表面摩擦，使被焊接材料充分軟化，攪拌頭開(kāi)始以30～100mm/min的速度向左運(yùn)動(dòng)實(shí)施焊接，當(dāng)攪拌頭運(yùn)動(dòng)到被焊接材料的左端頭焊接完成。2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在攪拌摩擦焊接高熔點(diǎn)材料工藝中防止攪拌頭 磨損的方法，其特征在于攪本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
在攪拌摩擦焊接高熔點(diǎn)材料工藝中防止攪拌頭磨損的方法，其特征在于該方法的步驟如下：步驟一、根據(jù)被焊材料的厚度和攪拌頭的尺寸，在兩個(gè)被接焊材料（２）的焊接起始位置對(duì)接處的上表面上設(shè)有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的半圓形側(cè)凹孔，兩個(gè)半圓形側(cè)凹孔合成一個(gè)圓柱形 盲孔（２－１），盲孔（２－１）的直徑為攪拌頭針根部直徑的１．１～１．２倍，盲孔（２－１）的深度為被焊接材料（２）厚度的０．７～０．８倍；步驟二、將攪拌頭針部對(duì)準(zhǔn)圓柱形盲孔（２－１）的孔心處，攪拌頭以３００～８００ｒｐｍ的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)并以 ０．２～１．０ｍｍ／ｍｉｎ的速度向下方的盲孔（２－１）內(nèi)運(yùn)動(dòng)；步驟三、當(dāng)攪拌頭針部接觸圓柱形盲孔（２－１）的底部時(shí)，針端部開(kāi)始與被焊接材料摩擦而產(chǎn)生熱量，為后續(xù)焊接提供材料軟化所需的部分熱量，當(dāng)攪拌頭的肩部與被焊材料的上表面接觸后， 經(jīng)過(guò)３０～６０秒的表面摩擦，使被焊接材料充分軟化，攪拌頭開(kāi)始以３０～１００ｍｍ／ｍｉｎ的速度向左運(yùn)動(dòng)實(shí)施焊接，當(dāng)攪拌頭運(yùn)動(dòng)到被焊接材料的左端頭焊接完成。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉會(huì)杰，周利，劉鵬，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：93[中國(guó)|哈爾濱]
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