本發(fā)明屬于攪拌摩擦焊與成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電阻熱源輔助復(fù)合式雙軸無針攪拌摩擦焊接方法。

背景技術(shù)：

攪拌摩擦焊(fsw)是一項(xiàng)固相焊接技術(shù)，最初用于低熔點(diǎn)金屬(如鋁合金和鎂合金等)的連接，由于在fsw過程中沒有材料的熔化，所以該技術(shù)可避免傳統(tǒng)熔化焊中常見的裂紋、氣孔和變形等問題，并且對操作和設(shè)備要求較低。雖然對攪拌摩擦焊技術(shù)的研究已越來越深入，但該技術(shù)仍存在不足之處。

攪拌摩擦焊主要通過攪拌頭對工件的攪拌，依靠摩擦生熱使工件接縫周圍的金屬被加熱到塑性狀態(tài)實(shí)現(xiàn)工件的連接，焊接過程需要通過攪拌頭施加較大的壓緊力和攪拌頭向前運(yùn)動的力。因此，在攪拌摩擦焊特殊的高溫環(huán)境下，焊接熔點(diǎn)較高的金屬材料時(shí)，攪拌頭磨損較為嚴(yán)重，且設(shè)備一般比較笨重和復(fù)雜。另外，焊接熔點(diǎn)高、厚度大的材料時(shí)，焊接速度往往較低。焊接時(shí)，待焊工件需要?jiǎng)傂怨潭?，對設(shè)備裝夾要求較高，焊縫的背面需要加墊板進(jìn)行剛性支撐，焊后獲得的焊縫末端會形成匙孔缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種電阻熱源輔助復(fù)合式雙軸無針攪拌摩擦焊接方法，可以使焊接作用力減小，減輕攪拌頭的磨損，極大的延長攪拌頭的壽命；簡化焊接設(shè)備和夾具安裝要求，實(shí)現(xiàn)大厚度工件的攪拌摩擦焊接，提高焊接速率，減少焊接缺陷，提高焊接接頭的強(qiáng)度，焊后獲得的焊縫末端不會形成匙孔缺陷。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種電阻熱源輔助復(fù)合式雙軸無針攪拌摩擦焊接方法，包括以下步驟：

1)將第一待焊工件1和第二待焊工件2裝夾固定在焊接工作臺上，第一待焊工件1和第二待焊工件2之間的接縫間隙為0～0.6mm，焊接工作臺及工件夾具需要進(jìn)行絕緣處理；

2)第一待焊工件1、第二待焊工件2、第一攪拌頭3、第二攪拌頭4通過第一攪拌頭3、第二攪拌頭4導(dǎo)電部分滑動連接的碳刷7用導(dǎo)線8和直流開關(guān)電源5連接形成閉合電流回路，直流開關(guān)電源5上電，高速旋轉(zhuǎn)的第一攪拌頭3和第二攪拌頭4分別壓入第一待焊工件1和第二待焊工件2接縫的兩側(cè)，壓入深度為0.1～1mm，通過第一攪拌頭3的和第二攪拌頭4的軸肩a對接縫處施加正壓力，電流流過待焊工件內(nèi)部產(chǎn)生電阻熱，使第一待焊工件1和第二待焊工件2接縫處的金屬材料軟化，直流開關(guān)電源5提供500～2000a的電流，電壓為3～20v；

3)高速旋轉(zhuǎn)的第一攪拌頭3和第二攪拌頭4使接縫處的金屬組織在軸肩a和渦狀線結(jié)構(gòu)c的攪拌摩擦作用下達(dá)到塑化狀態(tài)，第一攪拌頭3和第二攪拌頭4的轉(zhuǎn)速為500～2000轉(zhuǎn)/分鐘；同時(shí)，第一攪拌頭3和第二攪拌頭4上連接的超聲波激振器6打開，沿第一攪拌頭3和第二攪拌頭4軸向a-a方向?qū)涌p處塑化的金屬進(jìn)行微鍛處理，使焊縫處的金屬組織晶粒得到細(xì)化；然后，第一攪拌頭3和第二攪拌頭4沿著接縫的方向向前進(jìn)給運(yùn)動，進(jìn)給速度為20～300mm/min，塑化的金屬在第一攪拌頭3和第二攪拌頭4的攪拌及擠壓作用下，不斷填充到攪拌頭移動后所形成的空腔中，并逐漸冷卻凝固形成最終焊縫1-2，從而完成第一待焊工件1和第二待焊工件2接縫的攪拌摩擦焊接。

所述的第一攪拌頭3的和第二攪拌頭4采用無攪拌針式攪拌頭，攪拌頭設(shè)有軸肩a、夾持部分b和渦狀線結(jié)構(gòu)c，采用工具鋼制作而成，作為電阻熱源的電極，其中，軸肩a的端面為平面型，渦狀線結(jié)構(gòu)c之間的間隙為凹面型，渦狀線結(jié)構(gòu)c的端面與軸肩a的端面平齊，夾持部分b或者攪拌頭夾具需要進(jìn)行絕緣處理，渦狀線結(jié)構(gòu)c促使塑化的金屬組織沿?cái)嚢桀^旋轉(zhuǎn)的方向從前進(jìn)側(cè)往后退側(cè)運(yùn)動，渦狀線結(jié)構(gòu)c與軸肩a之間的內(nèi)凹槽能夠包攏塑化的金屬并對焊縫施加頂鍛壓力，促使焊縫成形光滑平整。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.與傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接技術(shù)相比，本發(fā)明利用直流開關(guān)電源5提供電阻熱源輔助攪拌摩擦焊接，接縫處接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱使接縫處的金屬材料軟化，電阻熱在攪拌摩擦焊接過程中可以細(xì)化焊核區(qū)的晶粒組織，提高焊接接頭的質(zhì)量和強(qiáng)度；電阻熱使焊接作用力減小，減輕攪拌頭的磨損，極大的延長了攪拌頭的壽命；簡化焊接設(shè)備和夾具安裝要求，實(shí)現(xiàn)大厚度工件的攪拌摩擦焊接，提高焊接速率，減少焊接缺陷，提高焊接接頭的強(qiáng)度。

2.采用無攪拌針式攪拌頭，焊后形成的焊縫不會存在匙孔缺陷，避免了傳統(tǒng)攪拌頭的攪拌針易磨損情況的發(fā)生；渦狀線結(jié)構(gòu)c可以促使塑化的金屬組織沿?cái)嚢桀^旋轉(zhuǎn)的方向從前進(jìn)側(cè)往后退側(cè)運(yùn)動，軸肩a的內(nèi)凹槽可以包攏塑化的金屬并對焊縫施加頂鍛壓力，促使焊縫成形光滑平整。

3.采用碳刷7作為閉合電流回路的滑動接觸件，使攪拌頭直接作為電阻熱源的電極，避免直接給待焊工件通電，簡化待焊工件的裝夾，提高攪拌摩擦焊接設(shè)備的靈活性，降低電阻輔助熱源的能耗。

4.采用超聲波激振器6沿第一攪拌頭3和第二攪拌頭4軸向a-a方向?qū)涌p處塑化的金屬進(jìn)行微鍛處理，焊縫處的金屬內(nèi)部組織產(chǎn)生高頻振動，材料活性增強(qiáng)，降低攪拌摩擦焊接過程中金屬材料塑性變形時(shí)的屈服應(yīng)力和流變應(yīng)力，使焊縫處的金屬組織晶粒得到細(xì)化，盡可能減小以致避免焊縫處熱機(jī)影響區(qū)和熱影響區(qū)的形成，從而使所形成焊縫1-2的金屬組織形態(tài)達(dá)到近似完全形成焊核的程度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明方法原理示意圖。

圖3是第一攪拌頭3和第二攪拌頭4的結(jié)構(gòu)圖，圖(a)是主視圖，圖(b)是俯視圖。

圖4是焊接加工所得工件的剖面圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述。

參照圖1、圖2、圖3和圖4，一種電阻熱源輔助復(fù)合式雙軸無針攪拌摩擦焊接方法，包括以下步驟：

1)將第一待焊工件1和第二待焊工件2裝夾固定在焊接工作臺上，第一待焊工件1和第二待焊工件2之間的接縫間隙為0～0.6mm；焊接工作臺及工件夾具需要進(jìn)行絕緣處理，防止設(shè)備發(fā)生漏電危險(xiǎn)；裝夾之前，需要對第一待焊工件1和第二待焊工件2的接合面進(jìn)行清潔處理，去除油污即可，不需要去除氧化膜；

2)第一待焊工件1、第二待焊工件2、第一攪拌頭3、第二攪拌頭4通過第一攪拌頭3、第二攪拌頭4導(dǎo)電部分滑動連接的碳刷7用導(dǎo)線8和直流開關(guān)電源5連接形成閉合電流回路，直流開關(guān)電源5上電，高速旋轉(zhuǎn)的第一攪拌頭3和第二攪拌頭4分別壓入第一待焊工件1和第二待焊工件2接縫的兩側(cè)，壓入深度為0.1～1mm，通過第一攪拌頭3的和第二攪拌頭4的軸肩a對接縫處施加正壓力，電流流過第一待焊工件1、第二待焊工件2內(nèi)部產(chǎn)生電阻熱，使第一待焊工件1和第二待焊工件2接縫處的金屬材料軟化，電阻熱在攪拌摩擦焊接過程中可以細(xì)化焊核區(qū)的晶粒組織，提高焊接接頭的質(zhì)量和強(qiáng)度，直流開關(guān)電源5提供500～2000a的電流，電壓為3～20v；

3)高速旋轉(zhuǎn)的第一攪拌頭3和第二攪拌頭4使接縫處軟化的金屬組織在軸肩a和渦狀線結(jié)構(gòu)c的攪拌摩擦作用下達(dá)到塑化狀態(tài)，第一攪拌頭3和第二攪拌頭4的轉(zhuǎn)速為500～2000轉(zhuǎn)/分鐘；同時(shí)，第一攪拌頭3和第二攪拌頭4上連接的超聲波激振器6打開，沿第一攪拌頭3和第二攪拌頭4軸向a-a方向?qū)涌p處塑化的金屬進(jìn)行微鍛處理，焊縫處的金屬內(nèi)部組織產(chǎn)生高頻振動，材料活性增強(qiáng)，降低攪拌摩擦焊接過程中金屬材料塑性變形時(shí)的屈服應(yīng)力和流變應(yīng)力，使焊縫處的金屬組織晶粒得到細(xì)化；然后，第一攪拌頭3和第二攪拌頭4沿著接縫的方向向前進(jìn)給運(yùn)動，進(jìn)給速度為20～300mm/min，塑化的金屬在第一攪拌頭3和第二攪拌頭4的攪拌及擠壓作用下，不斷填充到攪拌頭移動后所形成的空腔中，并逐漸冷卻凝固形成最終焊縫1-2，從而完成第一待焊工件1和第二待焊工件2接縫的攪拌摩擦焊接。

參照圖3，所述的第一攪拌頭3和第二攪拌頭4采用無攪拌針式攪拌頭，攪拌頭設(shè)有軸肩a、夾持部分b和渦狀線結(jié)構(gòu)c，采用工具鋼制作而成，電阻熱源系統(tǒng)供電時(shí)，碳刷7始終與第一攪拌頭3和第二攪拌頭4導(dǎo)電部分滑動接觸，使攪拌頭作為電阻熱源的電極，其中，軸肩a的端面為平面型，渦狀線結(jié)構(gòu)c之間的間隙為凹面型，渦狀線結(jié)構(gòu)c的端面與軸肩a的端面平齊，夾持部分b或者攪拌頭夾具需要進(jìn)行絕緣處理；渦狀線結(jié)構(gòu)c促使塑化的金屬組織沿?cái)嚢桀^旋轉(zhuǎn)的方向從前進(jìn)側(cè)往后退側(cè)運(yùn)動，渦狀線結(jié)構(gòu)c與軸肩a之間的內(nèi)凹槽可以包攏塑化的金屬并對焊縫施加頂鍛壓力，促使焊縫成形光滑平整。