(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 A2019.08.02

CN 110076441

A1.一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。权　利　要　求　书1/1页

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