专利名称：一种高接头性能的预拉伸搅拌摩擦焊的工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种搅拌摩擦焊的工艺方法，尤其涉及一种基于形变热处理原理的预拉伸搅拌摩擦焊工艺方法。该工艺方法可广泛应用于航空、航天、汽车、造船、铁路等领域。
背景技术：
作为“继激光焊后又一次革命性的焊接技术”，搅拌摩擦焊具有低应力、小变形、无常规熔焊缺陷、不需填充材料、耗能低与绿色环保等优点，在航空、航天、汽车、造船、铁路等领域得到了越来越广泛的应用。与熔化焊方法相似，搅拌摩擦焊接头亦存在软化区，其为接头的薄弱区域。在搅拌摩擦焊过程中，在搅拌针的剧烈搅拌作用下搅拌区域的晶粒为细小的等轴晶；而在热影响区或热机影响区的非搅拌区的晶粒在焊接热的影响区会发生长大现象，造成晶粒尺寸大于母材区域，使接头出现软化现象。因此，软化现象对搅拌摩擦焊过程来说是不可避免的。近年来，研究者研究了焊接工艺参数的方法对接头的软化区范围的影响，但效果不是特别明显，而基于形变热处理原理的预拉伸工艺与搅拌摩擦焊工艺相结合的方法未见报道。
发明内容
本发明为了解决或减缓搅拌摩擦焊接头的软化现象，提出了预拉伸搅拌摩擦焊工艺方法。该方法采用在被焊工件的软化区两端施加预应力，预应力的来源由液压螺栓拉力器提供且在焊接过程中保持不变，滑动块A、B、C、D均可调，以实现预拉伸作用区域范围的调节；其实现步骤如下步骤一、将位于同一水平面上用工作台上的夹具装夹固定的焊件A与焊件B对接放置；步骤二、调整固定夹具上的滑块A、滑块B到焊接件的软化区，用螺钉对焊件A与焊件B的一端夹紧固定；同时，活动夹具在被焊工件的另一端实施夹持；步骤三、启动液压螺栓拉伸器通过活动夹具对被焊工件施加预拉力且保持扭矩大小不变；步骤四、搅拌头的搅拌针以100 2000转/分的转速扎入待焊部位；当搅拌头达到设定的下扎深度时，搅拌头以50 2500mm/分的速度沿着焊件A与焊件B对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。本发明的有益效果该方法在焊接过程中，采用在热影响区与热机影响区的范围内的试件两端施加预应力，使此区域的材料在焊接过程中相当于经历了一次类似于形变热处理的过程，可起到细化晶粒，提高接头性能的作用。该工艺为提高搅拌摩擦焊接头性能提供了一个新的思路与方法。可用于铝合金、镁合金、钛合金、钢等金属结构件的连接。与常规搅拌摩擦焊相比，该工艺可进一步提高接头的拉伸性能与疲劳性能，使航空、航天等领域结构件的等强度设计成为可能，可推动搅拌摩擦焊技术在金属结构件中的应用。可大大提高接头的拉伸与疲劳等性能，甚至接近或超过母材。
图I是预拉伸搅拌摩擦焊接状态示意2是预拉伸搅拌摩擦焊接过程示意图(焊接前对焊接件软化区实施预拉力)图3是图I中活动夹具局部放大4是图I中固定夹具局部放大中I.工作台；2.焊件A ；3.焊件B ;4.活动夹具；5.搅拌头；6.固定夹具；7.液压螺栓拉伸器；8.固定座A;9.可活动夹持装置；10.可调滑块A、B;11.锁紧螺钉A、B;12.固定座B; 13.可调滑块C、D ; 14.锁紧螺钉C、D。
具体实施例方式参看图1-4，一种高接头性能的预拉伸搅拌摩擦焊的工艺方法，该方法采用在被焊工件的软化区两端施加预应力，预应力的来源由液压螺栓拉力器提供且在焊接过程中保持不变，滑动块A、B、C、D均可调，以实现预拉伸作用区域范围的调节；其实现步骤如下步骤一、将位于同一水平面上用工作台上的夹具装夹固定的焊件A与焊件B对接放置；步骤二、调整固定夹具上的滑块A、滑块B到焊接件的软化区，用螺钉对焊件A与焊件B的一端夹紧固定；同时，活动夹具在被焊工件的另一端实施夹持；步骤三、启动液压螺栓拉伸器通过活动夹具对被焊工件施加预拉力且保持扭矩大小不变；步骤四、搅拌头的搅拌针以100 2000转/分的转速扎入待焊部位；当搅拌头达到设定的下扎深度时，搅拌头以50 2500mm/分的速度沿着焊件A与焊件B对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。高接头性能的预拉伸搅拌摩擦焊的工艺方法中使用的预拉伸搅拌摩擦焊装置，它包括工作台I、固定在工作台两端的夹具以及搅拌头5，所述工作台两端的夹具，一端为活动夹具4，另一端为固定夹具6 ;所述活动夹具4上的液压螺栓拉伸器7的轴心线与两夹具的夹紧口在同一水平线上；所述活动夹具4上的带锁紧螺钉的两块可调滑块A、B10，嵌在可活动夹持装置9的滑道内；所述固定夹具6上的带锁紧螺钉的两块可调滑块C、D13，嵌在固定夹具一端的滑道内。实施例步骤一、将焊件A2和焊件B3对接放置且位于同一水平面上(即将焊件A2和焊件 B3组对)，并用夹具装夹在工作台上I。所述焊件A2和焊件B3均为板材。步骤二、调整固定夹具6上的两滑块C、D13移到焊接件的软化区，用扳手拧紧螺钉 C、D14对焊件A2和焊件B3实施夹持；同时，用同一方法对活动夹具4在被焊工件的另一端实施夹持。其中固定座A8和固定座B12分别与工作台I之间通过螺钉连接固定，可活动夹持装置9自身带有螺杆并穿过固定座B12上的孔和液压螺栓拉伸器7连接。步骤三、启动液压螺栓拉伸器7，带动步骤二中所描述的可活动夹持装置9运动， 来对被焊工件施加预拉力且保持扭矩大小不变。其中液压螺栓拉伸器7为成熟的成品件，可根据需要来调节扭矩大小。 步骤四、搅拌头5的搅拌针以100 2000转/分的转速扎入待焊部位(即焊件A 和焊件B对接面)；当搅拌头5达到设定的下扎深度(一般为O. 2 O. 5_)时，搅拌头以 50 2500mm/分的速度沿着焊件A和焊件B对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。
权利要求
1.一种高接头性能的预拉伸搅拌摩擦焊的工艺方法，该方法采用在被焊工件的软化区两端施加预应力，预应力的来源由液压螺栓拉力器提供且在焊接过程中保持不变，滑动块 A、B、C、D均可调，以实现预拉伸作用区域范围的调节；其实现步骤如下步骤一、将位于同一水平面上用工作台上的夹具装夹固定的焊件A与焊件B对接放置；步骤二、调整固定夹具上的滑块A、滑块B到焊接件的软化区，用螺钉对焊件A与焊件B 的一端夹紧固定；同时，活动夹具在被焊工件的另一端实施夹持；步骤三、启动液压螺栓拉伸器通过活动夹具对被焊工件施加预拉力且保持扭矩大小不变；步骤四、搅拌头的搅拌针以100 2000转/分的转速扎入待焊部位；当搅拌头达到设定的下扎深度时，搅拌头以50 2500mm/分的速度沿着焊件A与焊件B对接面水平方向移动，直到焊接完成为止。
2.根据权利要求I所述的一种高接头性能的预拉伸搅拌摩擦焊的工艺方法中使用的预拉伸搅拌摩擦焊装置，它包括工作台(I)、固定在工作台两端的夹具以及搅拌头(5)，其特征在于所述工作台两端的夹具，一端为活动夹具(4)，另一端为固定夹具￠);所述活动夹具(4)上的液压螺栓拉伸器(7)的轴心线与两夹具的夹紧口在同一水平线上；所述活动夹具(4)上的带锁紧螺钉的两块可调滑块A、B (10)，嵌在可活动夹持装置(9)的滑道内；所述固定夹具(6)上的带锁紧螺钉的两块可调滑块C、D (13)，嵌在固定夹具一端的滑道内。
全文摘要
一种高接头性能的预拉伸搅拌摩擦焊的工艺方法，并设计了适用于此工艺的预拉伸搅拌摩擦焊装置。本发明可解决或减缓搅拌摩擦焊接头的软化现象，在热影响区与热机影响区范围内的被焊工件两端施加预应力，起到细化晶粒的作用，进而大大提高接头的拉伸与疲劳等性能。将焊件A和焊件B对接装夹在工作台上；调整固定夹具上的滑块A、滑块B和活动夹具上的滑块C、滑块D到焊接件的软化区并实施夹持；启动液压螺栓拉伸器通过活动夹具对被焊工件施加预拉力且保持扭矩大小不变。搅拌头的搅拌针以100～2000转/分的转速扎入待焊部位，当搅拌头达到设定的下扎深度时，搅拌头以50～2500mm/分的速度沿着焊缝方向移动。本发明中活动夹具和固定夹具上的滑块可根据软化区的不同位置进行调节，液压螺栓拉伸器为成品件，具有可靠性高，操作方便等优点。
文档编号B23K20/26GK102581472SQ20121005905
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者吕赞, 姬书得, 岳玉梅, 张利国, 李亮, 邹爱丽 申请人:沈阳航空航天大学