一種靜止軸肩輔助支撐傾斜穿透攪拌摩擦焊接裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦焊接裝置及方法，具體涉及一種靜止軸肩輔助支撐傾斜穿透攪拌摩擦焊接裝置及方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]攪拌摩擦焊接方法具有焊接變形小、接頭質(zhì)量高和綠色節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天和軌道交通等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但是，由于攪拌摩擦焊工藝本身的限制，所用攪拌針的長(zhǎng)度一般都小于被焊工件的厚度以保證軸肩能與被焊工件緊密接觸而獲得良好的焊縫成形。正是由于攪拌針長(zhǎng)度小于被焊工件厚度，因而難以避免在焊縫根部形成未焊合缺陷，而且該缺陷由于尺寸較小而難于采用常規(guī)的檢測(cè)方法所發(fā)現(xiàn)，因而具有較大的安全隱患。尤其是對(duì)于薄板焊接，根部未焊合缺陷會(huì)嚴(yán)重降低接頭承載能力，而且對(duì)于承受動(dòng)載的接頭而言，根部未焊合缺陷會(huì)嚴(yán)重降低其疲勞性能。
[0003]為解決這一問(wèn)題，專利《CN101947691A》公開了一種上下軸肩直徑不等的自持式攪拌摩擦焊接方法，獲得了沒有根部未焊合缺陷的接頭，但由于上、下軸肩同時(shí)產(chǎn)熱造成熱輸入較高而使接頭軟化嚴(yán)重，導(dǎo)致接頭力學(xué)性能較低，而且該方法還存在攪拌針容易斷裂的缺點(diǎn)；專利《CN102601515A》公開了一種下軸肩不旋轉(zhuǎn)的自持式攪拌摩擦焊接用攪拌頭及其焊接方法，由于下軸肩不旋轉(zhuǎn)而降低了焊接熱輸入，但由于雙軸肩只能進(jìn)行零傾角焊接而造成鍛壓作用不足使得接頭容易出現(xiàn)孔洞等缺陷；專利《CN103894726A》通過(guò)在焊接過(guò)程中使用同質(zhì)材料的墊板并在焊后銑除墊板的方式消除根部未焊合缺陷，但此方法不但增加焊接工序和成本，而且易在工件底部引入Hook缺陷，反而導(dǎo)致接頭性能降低。因此，本發(fā)明提出一種靜止軸肩輔助支撐傾斜穿透攪拌摩擦焊接方法，能在完全避免未焊合缺陷的同時(shí)，有效降低焊接熱輸入，實(shí)現(xiàn)帶傾角的焊接，最終獲得優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)的焊接接頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種靜止軸肩輔助支撐傾斜穿透攪拌摩擦焊接裝置及方法，目的是解決現(xiàn)有攪拌摩擦焊接方法難于避免未焊合缺陷的問(wèn)題，或者雖然能夠避免，但使熱輸入過(guò)大以及造成其他缺陷形成的問(wèn)題，設(shè)計(jì)攪拌針長(zhǎng)度大于被焊工件厚度的攪拌頭，并使攪拌針傾斜穿透被焊工件，通過(guò)被焊工件下方帶有盲孔的靜止軸肩承受焊接軸向載荷，在完全避免未焊合缺陷形成的同時(shí)，獲得優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)的攪拌摩擦焊接頭。
[0005]本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:
[0006]—種靜止軸肩輔助支撐傾斜穿透攪拌摩擦焊接裝置，它包括長(zhǎng)針攪拌頭、靜止軸肩、平移滑塊、直線導(dǎo)軌和定位卡具，長(zhǎng)針攪拌頭由上軸肩和長(zhǎng)攪拌針組成，長(zhǎng)攪拌針固定安裝在上軸肩的下端，且長(zhǎng)攪拌針與上軸肩同軸設(shè)置，長(zhǎng)針攪拌頭攪拌針的長(zhǎng)度大于被焊工件厚度；上軸肩和長(zhǎng)攪拌針的橫截面均為圓形；靜止軸肩的中心加工有圓形盲孔，靜止軸肩直徑不小于攪拌頭軸肩直徑，盲孔直徑大于長(zhǎng)攪拌針直徑，盲孔深度大于長(zhǎng)攪拌針長(zhǎng)度與被焊工件厚度的差值；兩個(gè)定位卡具沿焊接方向相對(duì)布置并安裝在焊接工作臺(tái)上，直線導(dǎo)軌沿焊接方向安裝在兩個(gè)定位卡具之間的焊接工作臺(tái)上，平移滑塊安裝在直線導(dǎo)軌上，靜止軸肩安裝在平移滑塊上，平移滑塊可在直線導(dǎo)軌上滑動(dòng)，被焊工件安裝在兩個(gè)定位卡具的上端，長(zhǎng)針攪拌頭安裝在焊機(jī)上，長(zhǎng)針攪拌頭、靜止軸肩和平移滑塊處在同一條軸線上，焊接時(shí)，被焊工件、直線導(dǎo)軌、定位卡具和焊接工作臺(tái)靜止不動(dòng)，長(zhǎng)針攪拌頭的長(zhǎng)攪拌針穿過(guò)被焊工件插入靜止軸肩的盲孔，長(zhǎng)針攪拌頭、靜止軸肩和平移滑塊沿焊接方向移動(dòng)，直至焊接完成。
[0007]靜止軸肩的直徑比長(zhǎng)針攪拌頭的上軸肩直徑大5mm。
[0008]靜止軸肩盲孔的直徑比長(zhǎng)攪拌針的直徑大4_。
[0009]靜止軸肩盲孔的深度比長(zhǎng)攪拌針的長(zhǎng)度與被焊工件厚度的差值大3_。
[0010]本發(fā)明還提供了一種靜止軸肩輔助支撐傾斜穿透攪拌摩擦焊接方法，它包括以下步驟:
[0011]步驟一、裝置的裝配:
[0012]將平移滑塊從一側(cè)滑入直線導(dǎo)軌，并將直線導(dǎo)軌沿焊接方向固定在攪拌摩擦焊接的工作臺(tái)上，將兩個(gè)相同的定位卡具緊鄰直線導(dǎo)軌的兩側(cè)放置并固定在工作臺(tái)上，在焊接過(guò)程中，直線導(dǎo)軌和其兩側(cè)的定位卡具靜止不動(dòng)；
[0013]步驟二、長(zhǎng)針攪拌頭和靜止軸肩的固定:
[0014]將長(zhǎng)針攪拌頭固定在攪拌摩擦焊機(jī)上，將靜止軸肩固定在平移滑塊上；靜止軸肩上端面與定位卡具上端面處于同一水平面上，長(zhǎng)針攪拌頭、靜止軸肩和平移滑塊處在同軸線上；在焊接過(guò)程中，靜止軸肩和平移滑塊一起沿直線導(dǎo)軌4滑動(dòng)，長(zhǎng)針攪拌頭與靜止軸肩和平移滑塊同步移動(dòng)；
[0015]步驟三:攪拌摩擦焊接:
[0016]將被焊工件固定在定位卡具上，被焊工件下表面與靜止軸肩上端面緊密接觸，調(diào)整攪拌頭傾角并將選定的焊接工藝參數(shù)輸入控制系統(tǒng)，啟動(dòng)焊接按鈕，進(jìn)行攪拌摩擦焊接。
[0017]固定在焊機(jī)上的長(zhǎng)針攪拌頭1傾角為0.5° -5°。
[0018]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0019]本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)長(zhǎng)針攪拌頭和帶有盲孔的靜止軸肩，使攪拌針能夠傾斜穿透被焊工件，既避免了自持式攪拌摩擦焊上、下軸肩同時(shí)產(chǎn)熱造成熱輸入較高而使接頭軟化嚴(yán)重的問(wèn)題，又避免了雙軸肩只能進(jìn)行零傾角焊接造成鍛壓作用不足使得接頭容易出現(xiàn)孔洞缺陷的問(wèn)題，同時(shí)也降低了焊接過(guò)程中攪拌針斷裂的可能性。本發(fā)明在完全避免未焊合缺陷形成的同時(shí)，有效降低了焊接熱輸入，實(shí)現(xiàn)帶傾角的焊接，可以獲得優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)的攪拌摩擦焊接頭。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明靜止軸肩輔助支撐傾斜穿透攪拌摩擦焊接裝置的橫截面示意圖；圖2是本發(fā)明靜止軸肩輔助支撐傾斜穿透攪拌摩擦焊接裝置的縱截面示意圖。
[0021]其中1為長(zhǎng)針攪拌頭，2為帶有盲孔的靜止軸肩，3為平移滑塊，4為直線導(dǎo)軌，5為定位卡具，6為被焊工件，7為焊接工作臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1至圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種靜止軸肩輔助支撐傾斜穿透攪拌摩擦焊接裝置，其特征在于:它包括長(zhǎng)針攪拌頭1、靜止軸肩2、平移滑塊3、直線導(dǎo)軌4和定位卡具5，長(zhǎng)針攪拌頭1由上軸肩和長(zhǎng)攪拌針組成，長(zhǎng)攪拌針固定安裝在上軸肩的下端，且長(zhǎng)攪拌針與上軸肩同軸設(shè)置，長(zhǎng)針攪拌頭1攪拌針的長(zhǎng)度大于被焊工件厚度；上軸肩和長(zhǎng)攪拌針的橫截面均為圓形；
[0023]靜止軸肩2的中心加工有圓形盲孔，靜止軸肩2直徑不小于攪拌頭1軸肩直徑，盲孔直徑大于長(zhǎng)攪拌針直徑，盲孔深度大于長(zhǎng)攪拌針長(zhǎng)度與被焊工件厚度的差值；
[0024]兩個(gè)定位卡具5沿焊接方向相對(duì)布置并安裝在焊接工作臺(tái)7上，直線導(dǎo)軌4沿焊接方向安裝在兩個(gè)定位卡具5之間的焊接工作臺(tái)7上，平移滑塊3安裝在直線導(dǎo)軌4上，靜止軸肩2安裝在平移滑塊3上，平移滑塊3可在直線導(dǎo)軌4上滑動(dòng)，被焊工件6安裝在兩個(gè)定位卡具5的上端，長(zhǎng)針攪拌頭1安裝在焊機(jī)上，長(zhǎng)針攪拌頭1、靜止軸肩2和平移滑塊3處在同一條軸線上，焊接時(shí)，被焊工件6、直線導(dǎo)軌4、定位卡具5和焊接工作臺(tái)7靜止不動(dòng)，長(zhǎng)針攪拌頭1的長(zhǎng)攪拌針穿過(guò)被焊工件6插入靜止軸肩2的盲孔，長(zhǎng)針攪拌頭1、靜止軸肩2和平移滑塊3沿焊接方向移動(dòng)，直至焊接完成。
[0025]本實(shí)施方式的長(zhǎng)針攪拌頭1指的是攪拌針長(zhǎng)度大于被焊工件厚度的攪拌頭。
[0026]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1至圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方