【CN110076441A】一种超声振动辅助的异质金属旋转摩擦焊接装置与方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910340715.4

(22)申请日 2019.04.25

(71)申请人 大连理工大学

地址 116024 辽宁省大连市高新园区凌工

路2号

(72)发明人 李鹏　董红刚　李艳光　王帅　

(74)专利代理机构 大连东方专利代理有限责任

公司 21212

代理人 赵淑梅　李馨

(51)Int.Cl.

B23K 20/12(2006.01)

B23K 20/26(2006.01)

(54)发明名称

一种超声振动辅助的异质金属旋转摩擦焊

接装置与方法

(57)摘要

本发明提供一种改善异质金属旋转摩擦焊

接头微观结构与性能的方法，在传统的旋转摩擦

焊的移动部件上固定超声波发生器，利用超声波

的高频机械振动能量来驱动界面层塑性金属沿

径向高频振动，以此降低塑性金属径向的流变抗

力，增强塑性金属的流动能力，并使旋转摩擦焊

由圆周运动转变为圆周与直线的复合运动。超声

振动辅助旋转摩擦焊能够增大焊接界面附近软

金属的应变和应变速率，使界面两侧晶粒得到细

化，有助于释放焊接过程中的残余应力，提高接

头的力学性能。权利要求书1页 说明书5页 附图1页CN 110076441 A 2019.08.02

C N 110076441

A

权　利　要　求　书1/1页CN 110076441 A

1.一种旋转摩擦焊接装置，所述装置包括固定硬质金属工件的旋转部件，固定软质金属工件的移动部件，其特征在于，所述装置还包括超声波发生器；所述超声波发生器包括工具头和定位卡具；所述工具头通过定位卡具固定于所述移动部件上；所述工具头与所述软质金属工件切面垂直并产生点接触。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工具头的端面为球面。

3.一种异质金属旋转摩擦焊的方法，其特征在于，使用权利要求1或2所述的装置，所述方法包括如下步骤：

(1)机械加工待焊接硬质金属工件A和软质金属工件B，使硬质金属工件A和软质金属工件B的待焊表面粗糙度Ra<1.6；

(2)将步骤(1)中硬质金属工件A的待焊表面打磨、超声清洗、风干；

(3)将硬质金属工件A固定在旋转部件上，所述硬质金属工件A超出旋转部件的长度为0.8D0～1.5D0；所述软质金属工件B固定在移动部件上；所述软质金属工件B超出移动部件的长度为D1～2D1；所述硬质金属工件A和软质金属工件B的中心轴线一致；所述D0为硬质金属工件A焊接端的直径；所述D1为硬质金属工件A和软质金属工件B固定端的直径；所述D0的大小为0.4D1≤D0≤D1；

(4)将超声波发生器的工具头放置于软质金属工件B上发生接触；所述接触的接触点距软质金属工件B焊接端面15～30mm；

(5)调整硬质金属工件A、软质金属工件B焊接端面之间的距离为5～20mm；

(6)打开超声波发生器，调节超声振动的频率为20～100kHz，功率为600～3000W，振幅为30～80μm；设定焊接参数，启动旋转摩擦焊装置，当两工件的焊接端面相互接触时，将超声振动引入焊接界面；

(7)焊接结束，关闭所述旋转摩擦焊接装置，取出焊接试样。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述打磨为采用#400、#800、# 1200、#1500、#2000砂纸进行打磨；所述超声清洗为将工件表面浸入丙酮，超声波清洗5～15min。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(6)所述旋转部件的旋转速度为1500rpm。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(6)所述焊接参数为：摩擦压力30～200MPa，摩擦时间0.5～10s或摩擦缩短量1～6mm，顶锻压力90～300MPa，顶锻时间为5～20s。

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