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专利号: 2023104870154
申请人: 成都航空职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种回填式搅拌摩擦焊接方法,使用双袖套偏心搅拌头进行焊接,双袖套偏心搅拌头包括:搅拌针、第一袖套、第二袖套、夹套,其特征在于,搅拌针、第一袖套、第二袖套、夹套由内向外依次套设,搅拌针轴心为第一轴心,第一袖套、第二袖套、夹套同轴设置,轴心均为第二轴心;第一轴心、第二轴心间距即为搅拌针偏心距;焊接时,夹套不转动压紧固定工件,搅拌针、第一袖套、第二袖套可在焊接处回转摩擦生热,其中,第一袖套、第二袖套均绕第二轴心自转,搅拌针绕第一轴心自转的同时绕第二轴心公转,所述工件包括第一工件、第二工件;所述方法步骤包括:S1焊接准备:将第一工件置于第二工件上表面,夹套压紧固定第一工件、第二工件,搅拌针、第一袖套、第二袖套下压于第一工件表面;

S2下扎:搅拌针、第一袖套、第二袖套回转,搅拌针、第二袖套等速向下进给,第一袖套同步上抽,直至搅拌针、第二袖套末端超出第一工件与第二工件界面处;在搅拌针、第二袖套的摩擦、挤压下,第一工件、第二工件界面附近金属发生塑性流动,并被挤压至第一袖套上升后第二袖套和搅拌针间的空间内;

S3回填:搅拌针、第一袖套、第二袖套保持回转,搅拌针、第二袖套等速上抽,第一袖套同步下压,将第一袖套、第二袖套和搅拌针之间的塑性流动金属下压回填至第一工件与第二工件界面处,完成焊接;

S2‑S3中通过控制搅拌针、第一袖套、第二袖套自转转速,使焊点区域温度分布均匀。

2.根据权利要求1所述的一种回填式搅拌摩擦焊接方法,其特征在于,焊接中通过油缸控制搅拌针、第二袖套对工件施加等压强。

3.根据权利要求2所述的一种回填式搅拌摩擦焊接方法,其特征在于,第一袖套与搅拌针之间为间隙配合,第一袖套的内圆半径与搅拌针的外圆半径相等均为r;第二袖套与第一袖套之间为间隙配合,第二袖套的内圆半径与第一袖套外圆半径相等均为R';第二袖套与夹套间隙配合,第二袖套外圆半径与夹套内圆半径相等均为R。

4.根据权利要求3所述的一种回填式搅拌摩擦焊接方法,其特征在于,S2‑S3中控制搅拌针转速、第一袖套转速、第二袖套自转转速满足如下关系,使焊点内温度分布均匀;

3 3 2 2

μp×2r/3×ωz+μp×e×ω1=μp×2(R‑R')/3(R‑R')×ω2‑(Tn‑Tw)λ2πR'h/((R‑R') 

2 2

π(R‑R'))

其中:

搅拌针与工件接触面摩擦系数、第二袖套与工件接触面摩擦系数均为μ;

搅拌针施加于工件压强、第二袖套施加于工件压强均为p;

搅拌针偏心距为e;

搅拌针自转速为ωz;

第一袖套自转速为ω1;

第二袖套自转速为ω2;

搅拌针外圆半径为r;

第二袖套外圆半径为R;

第一袖套外圆半径为R';

第二袖套的导热系数为λ;

第二袖套内侧的温度为Tn;

第二袖套外侧的温度为Tw;

搅拌针与第二袖套间塑性流动金属的高度为h。

5.根据权利要求4所述的一种回填式搅拌摩擦焊接方法,其特征在于,第二袖套内侧的温度、第二袖套外侧的温度分别由热电偶测温的方式测得。

6.根据权利要求5所述的一种回填式搅拌摩擦焊接方法,其特征在于,S2、S3中搅拌针与第二袖套间塑性流动金属的高度h为搅拌针、第二袖套底部与第一袖套底部之间的距离,在搅拌摩擦焊设备数控系统中采集搅拌针、第二袖套的Z向坐标值Z1_3,第一袖套的Z向坐标值Z2,计算得h=|Z1_3‑ Z2|。

7.根据权利要求6所述的一种回填式搅拌摩擦焊接方法,其特征在于,搅拌针、第一袖套、第二袖套和夹套材料采用硬质合金,第一工件和第二工件材料采用铝合金。