本發(fā)明涉及焊接，更具體地說，涉及一種耗材摩擦固相焊接裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

1、目前，傳統(tǒng)的攪拌摩擦焊方法(fsw)焊接鋁合金等低熔點(diǎn)材料工藝已經(jīng)在各工業(yè)領(lǐng)域獲得大范圍應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的攪拌摩擦焊接方法需要采用攪拌針(刀頭)對(duì)焊接區(qū)材料進(jìn)行摩擦和攪拌進(jìn)行焊接，攪拌針(刀頭)需要始終沉浸在高溫焊接熔池中，當(dāng)采用該方法焊接高溫合金、鈦合金、合金鋼等熔點(diǎn)較高金屬零件時(shí)，攪拌針(刀頭)表面會(huì)產(chǎn)生過熱和嚴(yán)重磨損，最終導(dǎo)致：一方面攪拌針(刀頭)的磨損材料進(jìn)入焊縫而污染焊縫，另一方面無法實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)焊縫零件的穩(wěn)定焊接。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問題

2、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的攪拌摩擦焊的攪拌針表面會(huì)產(chǎn)生過熱和嚴(yán)重磨損，攪拌針的磨損材料進(jìn)入焊縫而污染焊縫，且無法實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)焊縫零件的穩(wěn)定焊接。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

5、第一方面，本發(fā)明提供一種耗材摩擦固相焊接裝置，用以將第一板材、第二板材和第三板材攪拌摩擦焊形成對(duì)接接頭，包括墊板、第一壓板、第二壓板、刀具、填充棒料以及施壓組件；墊板設(shè)有用于放置第一板材的放置槽，所述墊板上相對(duì)放置有第二板材和第三板材，所述第二板材和所述第三板材均搭接于所述第一板材，且所述第二板材和所述第三板材之間間隔形成攪拌槽；第一壓板設(shè)于所述第二板材上，用于夾持固定所述第二板材；第二壓板設(shè)于所述第三板材上，用于夾持固定所述第三板材；刀具具有送料通道，所述送料通道內(nèi)穿設(shè)有填充棒料；所述施壓組件用于對(duì)所述填充棒料施加載荷力，以推動(dòng)填充棒料運(yùn)動(dòng)，使所述填充棒料與所述第一板材、第二板材以及第三板材摩擦、擠壓和攪拌形成熱塑性材料，所述熱塑性材料填充于所述攪拌槽，形成所述對(duì)接接頭。

6、優(yōu)選地，所述填充棒料的橫截面形狀為軸對(duì)稱形狀。

7、優(yōu)選地，所述填充棒料的橫截面的邊界上最遠(yuǎn)兩點(diǎn)之間的距離為5mm-50mm。

8、優(yōu)選地，所述攪拌槽包括第一槽體和與所述第一槽體相連通的第二槽體，所述第一槽體設(shè)于所述攪拌槽的端部，所述第一槽體的第一寬度大于所述第二槽體的第二寬度。

9、優(yōu)選地，所述第一寬度為填充棒料的橫截面上最遠(yuǎn)兩點(diǎn)之間距離的100％-120％，所述第一槽體的長(zhǎng)度不少于填充棒料的橫截面上最遠(yuǎn)兩點(diǎn)的80％，所述第一寬度與所述第二寬度的差值為填充棒料的橫截面上最遠(yuǎn)兩點(diǎn)之間距離的0-50％。

10、優(yōu)選地，所述第二板材和所述第三板材均設(shè)有階梯，所述階梯的寬度為5mm-100mm，且所述階梯的寬度不小于所述刀具的旋轉(zhuǎn)區(qū)半徑，所述階梯的高度為1mm-20mm。

11、優(yōu)選地，所述第一壓板抵接于所述第二板材上的所述階梯，所述第二壓板抵接于所述第三板材上的所述階梯。

12、優(yōu)選地，所述放置槽的第三寬度為填充棒料的橫截面上最遠(yuǎn)兩點(diǎn)之間距離的100％-120％，所述第一板材的第四寬度為填充棒料的橫截面上最遠(yuǎn)兩點(diǎn)之間距離的100％-120％，且所述第四寬度不大于第三寬度；所述放置槽的深度和所述第一板材的厚度相等，所述放置槽的深度為1mm-10mm。

13、優(yōu)選地，所述刀具的底部為平面或設(shè)有凹槽。

14、第二方面，本發(fā)明還提供一種上述技術(shù)方案中任一種所述的耗材摩擦固相焊接裝置的使用方法，包括以下步驟：

15、將第一板材放置于放置槽內(nèi)，將所述第二板材和所述第三板材分別相對(duì)放置于所述墊板上，所述第二板材和所述第三板材均搭接于所述第一板材，且所述第二板材和所述第三板材之間間隔形成攪拌槽；

16、將第一壓板設(shè)于所述第二板材上夾持固定所述第二板材；將第二壓板設(shè)于所述第三板材上夾持固定所述第三板材；

17、驅(qū)動(dòng)所述刀具和填充棒料高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速范圍為100rpm-3000rpm，對(duì)填充棒料施加下壓力，壓力值范圍為100n～20000n；所述填充棒料與所述第一板材、第二板材以及第三板材摩擦產(chǎn)熱形成熱塑性材料，所述熱塑性材料填充于所述攪拌槽，驅(qū)動(dòng)刀具沿所述攪拌槽的長(zhǎng)度方向移動(dòng)，形成所述對(duì)接接頭。

18、(三)有益效果

19、本發(fā)明的上述技術(shù)方案至少具有如下優(yōu)點(diǎn)：

20、采用作為填充材料的填充棒料與焊接區(qū)材料(第一板材、第二板材和第三板材)摩擦產(chǎn)熱形成熱塑性材料，熱塑性材料攪拌、混合和填充于攪拌槽，形成對(duì)接接頭，有效避免了傳統(tǒng)攪拌摩擦焊方法中出現(xiàn)的攪拌針(刀頭)磨損破壞導(dǎo)致污染焊縫和無法焊接鈦合金、高溫合金和合金鋼等高熔點(diǎn)材料長(zhǎng)焊縫的問題。該方法焊接各類型金屬材料的零件時(shí)，不會(huì)受到零件的焊縫長(zhǎng)度限制，而且焊縫質(zhì)量純凈、力學(xué)性能優(yōu)異。

技術(shù)特征：

1.一種耗材摩擦固相焊接裝置，其特征在于，用以將第一板材、第二板材和第三板材攪拌摩擦焊形成對(duì)接接頭，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的耗材摩擦固相焊接裝置，其特征在于，所述填充棒料的橫截面形狀為軸對(duì)稱形狀。

3.如權(quán)利要求2所述的耗材摩擦固相焊接裝置，其特征在于，所述填充棒料的橫截面的邊界上最遠(yuǎn)兩點(diǎn)之間的距離為5mm-50mm。

4.如權(quán)利要求1所述的耗材摩擦固相焊接裝置，其特征在于，所述攪拌槽包括第一槽體和與所述第一槽體相連通的第二槽體，所述第一槽體設(shè)于所述攪拌槽的端部，所述第一槽體的第一寬度大于所述第二槽體的第二寬度。

5.如權(quán)利要求4所述的耗材摩擦固相焊接裝置，其特征在于，所述第一寬度為填充棒料的橫截面上最遠(yuǎn)兩點(diǎn)之間距離的100％-120％，所述第一槽體的長(zhǎng)度不少于填充棒料的橫截面上最遠(yuǎn)兩點(diǎn)的80％，所述第一寬度與所述第二寬度的差值為填充棒料的橫截面上最遠(yuǎn)兩點(diǎn)之間距離的0-50％。

6.如權(quán)利要求1所述的耗材摩擦固相焊接裝置，其特征在于，所述第二板材和所述第三板材均設(shè)有階梯，所述階梯的寬度為5mm-100mm，且所述階梯的寬度不小于所述刀具的旋轉(zhuǎn)區(qū)半徑，所述階梯的高度為1mm-20mm。

7.如權(quán)利要求6所述的耗材摩擦固相焊接裝置，其特征在于，所述第一壓板抵接于所述第二板材上的所述階梯，所述第二壓板抵接于所述第三板材上的所述階梯。

8.如權(quán)利要求1所述的耗材摩擦固相焊接裝置，其特征在于，所述放置槽的第三寬度為填充棒料的橫截面上最遠(yuǎn)兩點(diǎn)之間距離的100％-120％，所述第一板材的第四寬度為填充棒料的橫截面上最遠(yuǎn)兩點(diǎn)之間距離的100％-120％，且所述第四寬度不大于第三寬度；所述放置槽的深度和所述第一板材的厚度相等，所述放置槽的深度為1mm-10mm。

9.如權(quán)利要求1所述的耗材摩擦固相焊接裝置，其特征在于，所述刀具的底部為平面或設(shè)有凹槽。

10.一種如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的耗材摩擦固相焊接裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明提供一種耗材摩擦固相焊接裝置及其使用方法，耗材摩擦固相焊接裝置包括墊板、第一壓板、第二壓板、刀具以及填充棒料；墊板設(shè)有用于放置第一板材的放置槽，第二板材和第三板材之間間隔形成攪拌槽；第一壓板用于夾持固定第二板材；第二壓板用于夾持固定第三板材；刀具具有送料通道，送料通道內(nèi)穿設(shè)有填充棒料；施壓組件用于對(duì)填充棒料施加載荷力，以推動(dòng)填充棒料運(yùn)動(dòng)，使填充棒料與第一板材、第二板材以及第三板材摩擦、擠壓和攪拌形成熱塑性材料，熱塑性材料填充于攪拌槽，形成對(duì)接接頭。本發(fā)明能解決攪拌針的磨損材料進(jìn)入焊縫而污染焊縫的問題，所制備的焊縫質(zhì)量純凈、力學(xué)性能優(yōu)異。

技術(shù)研發(fā)人員：趙海濤,李輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)航空制造技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15