[發明專利]線性摩擦-電流復合熱源焊接方法

在審

• 申請號: 201610090126.1
• 申請日: 2016-02-18
• 公開（公告）號: CN105562953A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 杜隨更;卜昆;張明;王松林
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種線性摩擦焊接方法，特別涉及一種線性摩擦-電流復合熱源焊接方 法。

背景技術

線性摩擦焊是利用被焊材料接觸面的相對往復運動摩擦所產生的熱效應實現焊接 的，其工藝原理是：摩擦副中的一側工件被往復機構驅動著，在垂直于往復運動方向 的壓力作用下，相對于另一側被固定的工件表面以較小的振幅、合適的頻率做相對運 動。隨著摩擦運動的進行，摩擦表面被清理干凈，摩擦熱使得摩擦表面的金屬逐漸達 到粘塑性狀態并產生變形，然后，控制兩工件迅速對中并施加頂鍛力，完成工件焊接。

文獻“申請公布號是CN101367156A的中國發明專利”公開了一種線性摩擦焊接 方法，設定兩焊件的振幅為恒振幅，振動頻率在摩擦初期由較低頻率遞增到一個較高 頻率；然后是恒頻率、恒振幅摩擦階段，此時振動頻率、振幅恒定；在摩擦最后階段， 振幅逐漸減小，當振幅逐漸降至0使兩焊件回位對中，施加頂鍛壓力完成焊接；整個 焊接過程中，摩擦壓力恒定。由于在摩擦初始階段的較大振幅、較低頻率可以對摩擦 界面進行有效的機械清理和預熱；摩擦中后期，振幅逐漸減小使接頭的高溫區間較寬 且較均勻，變形金屬可得到充分的回復與再結晶，消除了焊接接頭的殘余應力，提高 了接頭的質量。

然而，該線性焊接技術在焊接高熱強度、大面積工件時需要很高的振動頻率、大 的振幅以及摩擦力，從而使機床的負荷加重，造成整個機床的振動，使機床的振動輸 出不平穩，可控性差。此外，機床的振動也破壞了焊接界面的封閉性，使界面金屬氧 化，導致將氧化物擠出焊接界面變得更加困難；進而容易形成細條狀的飛邊，并在焊 縫內形成大量的漩渦狀氧化物、裂紋，接頭的焊接質量明顯下降。由于在摩擦加熱過 程中，工件中心部位熱效率比較高，熱塑變形的金屬量比較多，在靠近摩擦表面邊緣 的區域，熱效率比較低，熱塑變形的金屬量比較少，導致焊件界面變形不均勻。

發明內容

為了克服現有線性摩擦焊接方法焊接大面積工件時接頭質量差的不足，本發明提 供一種線性摩擦-電流復合熱源焊接方法。該方法在線性摩擦焊接的同時，在摩擦副中 通入電流，利用電阻熱來加熱焊接界面。當焊接界面材料達到粘塑性狀態并產生變形， 即穩定摩擦階段時，由電源控制裝置切斷電流，控制工件迅速對中并對工件施加較大 的焊接頂鍛力，完成工件的焊接。復合熱源的加熱方式可以實現高熱強度、大面積工 件的焊接，減輕了機床的負荷，使機床的振動輸出平穩，可控性好，能夠在焊接過程 中形成良好的封閉焊接界面，提高了線性摩擦焊接大面積工件時接頭質量。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種線性摩擦-電流復合熱源焊接方 法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、將振動端工件3放入振動夾具9中，在振動夾具9中間及振動端工件3 左端設置絕緣材料7，通過絕緣材料7隔斷振動端工件3與床身12的電流傳導；對振 動夾具9施加夾緊壓力，將振動端工件3夾緊；

將移動端工件4放入移動夾具5中，在移動夾具5中間及與移動端工件4相連接 的固定頂桿6右端設置絕緣材料7，通過絕緣材料7隔斷移動端工件4與床身12的電 流傳導；對移動夾具5施加夾緊壓力，將移動端工件4夾緊；

步驟二、將電源線11的兩個電極分別與所述振動夾具9和固定頂桿6連接，在所 述振動夾具9、振動端工件3、移動端工件4、固定頂桿6和電源線11之間形成導電 回路；

步驟三、焊接時，所述振動端工件3及振動夾具9隨著振動臺2在振動端液壓系 統1的驅動開始以振動頻率30～60Hz、振幅1～3mm往復運動；所述移動端工件4 及移動夾具5隨著滑臺13在移動端液壓系統8的驅動下逐步向振動端工件3靠攏；在 振動端工件3與移動端工件4的初始摩擦階段，即振動端工件3與移動端工件4接觸 瞬間，通過電源控制裝置10及電源線11分別向所述振動夾具9和固定頂桿6中通入 300～1000A焊接電流，使振動端工件3與移動端工件4通電，在摩擦界面處產生電 阻熱；

步驟四、當焊接界面材料達到粘塑性狀態并產生變形，即穩定摩擦階段時，其中， 從初始摩擦階段到穩定摩擦階段的總摩擦時間為3～10s、摩擦力為50～150MPa；由 所述電源控制裝置10切斷電流，控制所述振動端工件3與移動端工件4迅速對中并對 振動端工件3與移動端工件4施加100～350MPa的焊接頂鍛力，頂鍛時間為5～8s， 完成振動端工件3與移動端工件4的焊接。