铝合金地铁车体侧墙静轴肩搅拌摩擦焊工艺的制作方法

1.本发明涉及一种侧墙型材的静轴肩系统和静轴肩搅拌摩擦焊侧墙工艺，具体涉及一种铝合金地铁车体侧墙静轴肩搅拌摩擦焊工艺，属于铝合金地铁车体侧墙焊技术领域。


背景技术：

2.随着轨道交通行业的飞速发展，轻量化逐渐成为提升车辆设计速度和质量的重要因素，近年来铝合金车体在轨道车辆占比越来越多，主要还是得益于铝合金的高强度和低质量密度特点，使得铝合金车体成为轨道交通车辆的主流。
3.以往铝合金地铁侧墙大多采用弧焊技术，弧焊技术为通用技术，可以完成几乎所有形式结构的焊接。侧墙部件虽然结构简单，但是侧墙更为关注的问题为平面度，侧墙为车体侧门外形件，弧焊使母材熔化热输入较高，相对侧墙焊后变型较大，此时需要在热输入方面更加低的技术来满足侧墙的要求。
4.近年来搅拌摩擦焊技术逐渐在轨道车辆领域发展起来，搅拌摩擦焊技术采用搅拌针旋转发热导致母材呈现固溶状态，再通过轴肩施加压力，使固溶状态的母材挤压成型。搅拌摩擦焊技术由于焊接过程中母材并不熔化热输入较低，焊接变型小。
5.静轴肩为最近才发展出来的新焊接技术，为常规搅拌摩擦焊技术的提升。静轴肩将原搅拌摩擦焊针和轴肩一体(如图4所示)同时旋转改为焊针和轴肩分离，轴肩静止、针旋转，减少了轴间与母材摩擦产生的部分热量，较普通搅拌摩擦焊热输入更小，变型更小。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种铝合金地铁车体侧墙静轴肩搅拌摩擦焊工艺，将静轴肩技术运用在侧墙产品上(由于静轴肩搅拌摩擦焊技术还未在轨道交通车辆行业运用)，设计符合侧墙焊接的静轴肩系统并能寻找出焊接的适合参数，改善侧墙焊接后的变型，也解决了普通搅拌摩擦焊排料粘在母材上的问题。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
8.铝合金地铁车体侧墙静轴肩搅拌摩擦焊工艺，包括如下：
9.(1)选择静轴肩系统：静轴肩系统包括静轴肩和搅拌针，静轴肩套设在搅拌针的外围，静轴肩和搅拌针相互分离且二者之间存在装配间隙，静轴肩上设有贯穿孔用于排料；
10.(2)调节系统为手动模式，转动设备手动轮盘，将设备轴头移到焊缝上方，搅拌针对准铝合金地铁车体侧墙的焊缝中心处，旋转搅拌头进行焊接且控制下压深度，观察焊缝成型，当焊缝成型良好的情况下得出该状态下的设备压力值；
11.(3)将系统调至恒压模式，设置恒定压力，压力波动范围调至
±
10n，使用恒压模式再进行焊接；
12.(4)将焊后焊缝进行破坏性试验，验证焊缝性能是否符合要求；
13.(5)微调参数，直至找到焊缝成型良好、焊缝性能优异的参数区间，所述参数区间：搅拌针的长度为5-6mm，搅拌转速为2000-2500r/min，行走速度为600-800mm/min，压力为
11-13kn。
14.优选的，所述静轴肩系统的整体宽度设为12-12.5mm，搅拌针的宽度设为8-8.5mm，搅拌针与静轴肩之间的装配间隙为0.3-0.5mm，搅拌针的下平台面与静轴肩下平面高度差为0.3-0.5mm，贯穿孔的直径为4.5-5.0mm。
15.优选的，所述静轴肩系统的整体宽度设为12mm，搅拌针的宽度设为8mm，搅拌针与静轴肩之间的装配间隙为0.3mm，搅拌针的下平台面与静轴肩下平面高度差为0.5mm，贯穿孔的直径为5mm。
16.优选的，所述搅拌针的长度为6mm，搅拌转速为2000r/min，行走速度为700mm/min，压力为12kn。
17.优选的，所述搅拌针和焊接平面的夹角设为2-2.5
°
。本发明将静轴肩技术运用在侧墙产品上，设计符合侧墙焊接的静轴肩系统并能寻找出焊接的适合参数，改善侧墙焊接后的变型，焊缝成型优异。
18.本发明可以改善侧墙型材搅拌摩擦焊接缺点，在满足侧墙型材焊接的前提下，改善焊接热输入，减小焊接变型，提升焊缝强度。
19.本发明通过静轴肩可以改善型材错边造成的焊接缺陷，由于轴肩不旋转并套在旋转针的外围，焊接过程中轴肩也承担了主要下压力，如果型材存在挤压公差组装后有间隙，轴肩完全可以将错边压平，来保证旋转针进行焊接成型。
20.同时本发明可以改善搅拌摩擦焊故有的飞边缺陷(由于搅拌过程中部分材通过轴肩边缘排出焊缝，在焊缝边缘形成不规则的铝条或铝片称为飞边，焊后出于外观考虑打磨去除飞边)，本发明静轴肩由于轴肩不旋转，内部针与轴肩内墙有细小的间隙，焊接过程中多余的焊缝材料通过细小的间隙引到搅拌针的上面，可以在静轴肩上加工引流槽，就可以将飞边规则的排出去而不沾在焊缝上，减少打磨工作量，改善焊缝成型。
附图说明
21.图1是本发明静轴肩搅拌头工作示意图；
22.图2是本发明静轴肩搅拌头系统尺寸图；
23.图3是本发明焊缝型材结构图；
24.图4是普通搅拌头示意图；
25.图5是普通搅拌摩擦焊焊后产品：(a)视角一；(b)视角二；
26.图6是本发明静轴肩搅拌摩擦焊焊后的产品：(a)视角一；(b)视角二；
27.其中，1-静轴肩，11-排料孔，2-搅拌针，21-针头，3-排料方向，4-第二型材，5-第一型材，6-轴肩。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
29.本实施例的铝合金地铁车体侧墙静轴肩搅拌摩擦焊工艺的静轴肩系统如图1和图2所示，静轴肩系统包括静轴肩1和搅拌针2，静轴肩1套设在搅拌针2的外围，静轴肩1和搅拌针2相互分离且二者之间存在装配间隙，静轴肩1上设有贯穿孔(排料孔11)，静轴肩系统工作时，铝料通过图1的排料方向3，即从静轴肩1和搅拌针2的上述装配间隙向上排料，后通过
贯穿孔(排料孔11)排出。
30.如图2所示，静轴肩系统的整体宽度设为12mm，搅拌针2的宽度设为8mm，搅拌针2与静轴肩1之间的装配间隙约为0.3mm，搅拌针2的下平台面(即除针头21以外的主体的下台面)与静轴肩1下平面高度差为0.5mm。在静轴肩1上外壁上开直径为5mm的贯穿孔。
31.关于产品型材焊缝结构：焊缝设为9.35mm深，凸台高度设为0.35mm，凸台宽度设为10.8mm。如图3所示。
32.本实施例的铝合金地铁车体侧墙静轴肩搅拌摩擦焊工艺包括如下：
33.1、选用赛福斯特搅拌摩擦焊焊接设备，型号fsw-3lm-4024。焊接设备中选用上述的静轴肩系统。
34.2、先将设备切换到手动模式，使用手柄轮盘操作将搅拌针2移至焊缝中心处，调整焊接长度，参数设置为搅拌针旋转速度2000r/min，焊接速度(搅拌针行走速度)设置为700mm/min，旋转搅拌头进行焊接，由手轮控制下压深度，观察焊缝成型，当焊缝成型良好的情况下观察操作面板显示屏显示压力，记录显示压力。该步骤的目的是为了得到该压力值。
35.3、将设备调至恒压模式，设置恒定压力，压力波动范围调至(-10n， 10n)，使用恒压模式再进行焊接。
36.4、将焊后焊缝进行破坏性试验，验证焊缝性能是否符合要求。
37.5、微调参数，直至找到焊缝成型良好、焊缝性能优异的参数区间。焊接参数区间如下表所示：
38.表1焊接参数
39.焊接方法针长搅拌转速行走速度压力搅拌摩擦焊6.0mm2000-2500r/min600-800mm/min11-13kn
40.经本实施例静轴肩焊后的铝合金地铁车体侧墙产品焊缝成型良好，且无飞边现象，具体详见图5和图6的对比示意。
41.以上所述仅为本发明的优选例实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.铝合金地铁车体侧墙静轴肩搅拌摩擦焊工艺，其特征在于，包括如下：(1)选择静轴肩系统：静轴肩系统包括静轴肩和搅拌针，静轴肩套设在搅拌针的外围，静轴肩和搅拌针相互分离且二者之间存在装配间隙，静轴肩上设有贯穿孔用于排料；(2)调节系统为手动模式，转动设备手动轮盘，将设备轴头移到焊缝上方，搅拌针对准铝合金地铁车体侧墙的焊缝中心处，旋转搅拌头进行焊接且控制下压深度，观察焊缝成型，当焊缝成型良好的情况下得出该状态下的设备压力值；(3)将系统调至恒压模式，设置恒定压力，压力波动范围调至
±
10n，使用恒压模式再进行焊接；(4)将焊后焊缝进行破坏性试验，验证焊缝性能是否符合要求；(5)微调参数，直至找到焊缝成型良好、焊缝性能优异的参数区间，所述参数区间：搅拌针的长度为5-6mm，搅拌转速为2000-2500r/min，行走速度为600-800mm/min，压力为11-13kn。2.如权利要求1所述的铝合金地铁车体侧墙静轴肩搅拌摩擦焊工艺，其特征在于，所述静轴肩系统的整体宽度设为12-12.5mm，搅拌针的宽度设为8-8.5mm，搅拌针与静轴肩之间的装配间隙为0.3-0.5mm，搅拌针的下平台面与静轴肩下平面高度差为0.3-0.5mm，贯穿孔的直径为4.5-5.0mm。3.如权利要求2所述的铝合金地铁车体侧墙静轴肩搅拌摩擦焊工艺，其特征在于，所述静轴肩系统的整体宽度设为12mm，搅拌针的宽度设为8mm，搅拌针与静轴肩之间的装配间隙为0.3mm，搅拌针的下平台面与静轴肩下平面高度差为0.5mm，贯穿孔的直径为5mm。4.如权利要求1或2所述的铝合金地铁车体侧墙静轴肩搅拌摩擦焊工艺，其特征在于，所述搅拌针的长度为6mm，搅拌转速为2000r/min，行走速度为700mm/min，压力为12kn。5.如权利要求1或2所述的铝合金地铁车体侧墙静轴肩搅拌摩擦焊工艺，其特征在于，所述搅拌针和焊接平面的夹角设为2-2.5
°
。
技术总结
本发明公开了一种铝合金地铁车体侧墙静轴肩搅拌摩擦焊工艺，选择静轴肩系统，静轴肩和搅拌针相互分离且二者之间存在装配间隙，静轴肩上设有贯穿孔用于排料；调节系统为手动模式，将搅拌针移至铝合金地铁车体侧墙焊缝中心处，旋转搅拌头进行焊接并观察焊缝成型，当焊缝成型良好的情况下得出设备压力值；将系统调至恒压模式，设置恒定压力进行焊接；将焊后焊缝进行破坏性试验，验证焊缝性能是否符合要求；微调参数，直至找到焊缝成型良好、焊缝性能优异的参数区间。本发明将静轴肩技术运用在侧墙产品上，设计符合侧墙焊接的静轴肩系统并能寻找出焊接的适合参数，改善侧墙焊接后的变型，也解决了普通搅拌摩擦焊排料粘在母材上的问题。问题。


技术研发人员：窦卿 张健彬
受保护的技术使用者：南京雷尔伟新技术股份有限公司
技术研发日：2020.11.17
技术公布日：2021/3/9