阅读说明：本技术 一种预开槽式搅拌摩擦焊方法 (Pre-slotting type friction stir welding method ) 是由 孙屹博 张媛 于伟 孙亚强 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及焊接技术领域,具体公开了一种预开槽式搅拌摩擦焊方法,本方法在搅拌摩擦焊前的预处理中在被焊件中的金属板上加工出一条通槽,然后再进行板材的装夹和焊接,通槽可以促使搅拌摩擦焊的过程中被搅拌的材料向通槽处挤压流动,使接头能够成形良好,使焊缝处无明显的气泡、隧道、孔洞等缺陷,提高了焊接接头性能,同时加工简单且成本较低,可在实际生产过程中广泛应用。(The invention relates to the technical field of welding, and particularly discloses a pre-slotting friction stir welding method, which comprises the steps of processing a through groove on a metal plate in a welded piece in the pretreatment before friction stir welding, then clamping and welding a plate, wherein the through groove can promote the stirred material to flow towards the through groove in the friction stir welding process, so that a joint can be well formed, the welding seam has no obvious defects of bubbles, tunnels, holes and the like, the performance of the welded joint is improved, meanwhile, the processing is simple, the cost is lower, and the pre-slotting friction stir welding method can be widely applied to the actual production process.)

一种预开槽式搅拌摩擦焊方法

技术领域

本发明涉及焊接

技术领域

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背景技术

随着轨道交通、结构工程的不断发展变革，对结构的设计要求不断提高，异种材料连接结构随之出现，异种材料连接结构可以充分发挥两种或两种以上材料的优势性能，彰显各自亮点，同时满足不同情况下对材料的要求，然而异种材料之间由于物理和化学性能差异较大，给焊接带来较大难度，传统焊接无法满足异种材料焊接的要求，通常使用搅拌摩擦焊接来焊接异种材料，搅拌摩擦焊接技术作为新的固相连接技术，与传统焊接技术相比具有更大的优势。但金属材料和聚合物异种材料搅拌摩擦焊接过程中，依然存在着一些需要解决的问题，搅拌摩擦焊接利用高速旋转的搅拌工具与被焊件之间产生大量热量，使材料发生塑化，再利用材料的挤压流动成型，从而实现被焊件的连接。当搅拌工具沿被焊件的焊接方向移动时，搅拌针的后方会形成一个“瞬时空腔”，搅拌工具轴肩下方和搅拌针前方塑化的材料不断被挤压流入到该“空腔”中，如果搅拌工具与被焊件之前产生过多的摩擦热，塑化材料将会从轴肩处溢出，将会形成“锯齿状”缺陷；若产生过少的摩擦热，材料塑化不充分，流动性能差，搅拌针后的“瞬时空腔”无法得到充分补充，焊缝表面将形成焊接缺陷，焊接缺陷主要有飞边、表面未填充、根部未焊透、气泡、隧道、孔洞、裂纹等缺陷，目前，针对异种材料搅拌摩擦焊接过程中的问题主要从焊具结构设计、表面预处理、焊接结构设计三个方面展开研究，但依然存在焊具韧性差、加工困难、成本高、以及普遍适用性低的缺点，通过一次性单面焊接消除铝合金与聚合物焊缝缺陷的方法相当匮乏。针对上述存在的问题，研究设计一种新型的预开槽式搅拌摩擦焊方法，克服现有搅拌摩擦焊接技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

为了解决现有的搅拌摩擦焊接存在的上述问题，本发明提供了一种预开槽式搅拌摩擦焊方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种预开槽式搅拌摩擦焊方法，包括如下步骤：

S1.将金属板和聚合物板进行焊接前处理，将所述金属板与聚合物板加工成需要的形状，在所述金属板的表面加工出一条通槽；

S2.将所述金属板与聚合物板搭接置于搅拌摩擦设备工作台上，将所述金属板置于上方，所述聚合物板置于下方，并用夹紧机构将所述金属板与聚合物板夹紧在工作台上；

S3.启动焊具，控制所述无针型搅拌头以设定的转速置于所述通槽一端的上方；

S4.控制所述无针型搅拌头向下插入所述通槽内，直到所述无针型搅拌头达到设定的轴肩下压量，并使所述无针型搅拌头保持设定的轴肩下压量，以恒定转速和焊接速度，沿着所述金属板的通槽进行焊接，直到所述无针型搅拌头到达所述通槽的另一端，将所述无针型搅拌头抬起退出。

优选的，所述步骤S1中，所述通槽形状为长方形或锯齿形。

优选的，所述步骤S1中，所述通槽的高度小于所述金属板的高度，所述通槽的长度小于所述金属板的长度，所述通槽的宽度小于所述无针型搅拌头轴肩的宽度。

优选的，所述步骤S2中，所述金属板带有所述通槽的面向上放置。

优选的，所述步骤S2中，所述夹紧机构包括夹具、压板和螺丝，所述压板压在所述金属板的两侧边缘处，所述夹具位于所述压板上方，所述夹具通过所述螺丝将所述压板下的所述金属板与聚合物板夹在工作台上。

优选的，所述步骤S3中，所述无针型搅拌头转速的范围为1000r/min-1600r/min。

优选的，所述步骤S4中，所述无针型搅拌头垂直插入所述通槽内。

优选的，所述步骤S4中，所述无针型搅拌头轴肩下压量的范围为0.1mm-1mm。

优选的，所述步骤S4中，所述的焊接速度的范围为30mm/min-80mm/min。

优选的，所述金属板为铝合金板。

本发明的一种预开槽式搅拌摩擦焊方法，通过在金属板上加工出通槽促使搅拌摩擦焊接过程中被搅拌的材料向通槽处流动，使接头能够良好成形，使焊缝处无明显的气泡、隧道、孔洞等缺陷，提高了焊接接头性能，同时加工简单且成本较低，可在实际生产过程中广泛应用。

附图说明

图1是本发明实施例金属板材的俯视示意图；

图2是本发明实施例金属板材的主视剖视示意图；

图3是本发明实施例金属板材与聚合物搅拌摩擦焊前装夹示意图；

图4是本发明实施例金属板材与聚合物搅拌摩擦焊接工作过程示意图。

图中：1、金属板，2、聚合物板，3、通槽，4、无针型搅拌头，5、焊缝，6、夹具，7、压板，8、螺丝。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

本发明的一种预开槽式搅拌摩擦焊方法，包括如下步骤：

S1.将金属板1和聚合物板2进行焊接前处理，将金属板1与聚合物板2加工成需要的形状，如图1和图2所示，在金属板1的表面加工出一条通槽3，通槽3可以促进搅拌工具轴肩下方塑化的材料向通槽3内流动，防止焊接缺陷的发生；

金属板1可以为铝合金板，通槽3位于金属板1与聚合物板2搭接的位置处，通槽3形状可以为长方形或锯齿形，通槽3的高度H₁小于金属板1的高度H，通槽3的长度D₁小于金属板1的长度D，通槽3的宽度L₁小于无针型搅拌头4轴肩的宽度d；

S2.将金属板1与聚合物板2搭接置于搅拌摩擦设备工作台上，如图3所示，将金属板1置于上方，聚合物板2置于下方，并用夹紧机构将金属板1与聚合物板2夹紧在工作台上；

搅拌摩擦焊装夹工序中，高速旋转的无针型搅拌头4与被焊件的搅拌摩擦，使得被焊件的温度升高，考虑到温度过高，聚合物板2将发生过度熔化，因此将金属板1置于上方，聚合物板2置于下方，热量从金属板1的被焊表面传递到铝合金与聚合物板2搭接位置，从而实现金属板1与聚合物板2的焊接，金属板1带有通槽3的面向上放置，夹紧机构包括夹具6、压板7和螺丝8，压板7压在金属板1的两侧边缘处，夹具6位于压板7上方，夹具6通过螺丝8将压板7下的金属板1与聚合物板2夹在工作台上；

S3.启动焊具，控制无针型搅拌头4以设定的转速置于通槽3一端的上方；

无针型搅拌头4转速的范围可以为1000r/min-1600r/min；

S4.如图4所示，控制无针型搅拌头4向下插入通槽3内，直到无针型搅拌头4达到设定的轴肩下压量，并使无针型搅拌头4保持设定的轴肩下压量，以恒定转速和焊接速度，沿着金属板1的通槽3进行焊接，直到无针型搅拌头4到达通槽3的另一端，将无针型搅拌头4抬起退出；

无针型搅拌头4可以垂直插入通槽3内，无针型搅拌头4轴肩下压量的范围可以为0.1mm-1mm，焊接速度的范围可以为30mm/min-80mm/min。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。