[發明專利]一種適于水環境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭

無效

• 申請號: 200910072037.4
• 申請日: 2009-05-15
• 公開（公告）號: CN101554681A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 黃永憲;劉會杰;張會杰;周利;沈俊軍;張郁中
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 朱永林

技術領域

本發明涉及一種攪拌摩擦焊的攪拌頭，具體涉及一種適于水環境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭。

背景技術

攪拌摩擦焊(FSW)是1991年在英國焊接研究所(TWI)發明的一種新的固相連接方法，其專利號為US5460317。目前，針對冷卻外場的引入來改善攪拌摩擦焊焊縫成形和接頭性能等方面已開展了系列研究。J.Q.Su等在7075鋁合金的FSW過程中，用水、甲醇和干冰的混合物冷卻的攪拌頭后面已成形的焊縫，得到了尺寸約為100nm的細小的焊核區組織[J.Mater.Res.2003，18：1757]，攪拌摩擦焊過程中強制冷卻外場的引入，改變了焊接過程的熱循環和溫度場，從而改變了接頭的組織、性能和應力狀態。專利號為200510105425.X的發明專利采用可跟隨攪拌頭移動的熱沉，對仍處于高溫狀態的焊縫進行局部冷卻，從而控制焊接應力與變形，該發明主要適用于攪拌摩擦焊接薄壁結構時出現的應力與變形的控制。可見，強制冷卻的引入有利于改善接頭的微觀結構和性能以及控制應力和變形，但適于水環境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭設計仍未有報道。

目前，水環境中焊接主要包括焊條電弧焊、熔化極氬弧焊和鎢極氬弧焊等弧焊方法以及激光焊，但還未涉及到水環境中的攪拌摩擦焊。在進行水環境中焊接時，無論是弧焊方法還是激光焊方法，大多數情況下都是采用將水從焊接區排除出去的所謂“干法焊接”和“局部干式焊接”，由于此時焊接區沒有水，需要復雜的配套設備和技術條件，因而實現難度較大；在某些情況下，也有采用未將水從焊接區排除出去的所謂“濕法焊接”，如特制藥皮焊條的水下電弧焊，但由于水存在于焊接區，不但影響電弧及熔滴過渡的穩定性，而且水在電弧高溫下的分解將導致焊縫增氫，造成接頭性能的惡化。攪拌摩擦焊具有摩擦產熱材料塑性流動形成有效連接和受水環境影響較小的特點，因此，設計一種適用于水環境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭成為亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的攪拌摩擦焊攪拌頭無法適用于水環境中局部干式焊接的問題以及水下焊接需要復雜的配套設備和技術條件，實現難度較大，電弧及熔滴過渡穩定性差，水在電弧高溫下的分解導致焊縫增氫，造成接頭性能惡化的問題，進而提供一種適于水環境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭。

本發明的技術方案是：一種適于水環境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭包括攪拌頭基體，所述攪拌頭基體由圓柱形夾持體、圓柱形連接體和攪拌針組成，所述圓柱形夾持體、圓柱形連接體和攪拌針同軸由上至下依次制成一體，所述攪拌針與圓柱形連接體的交界處形成定位臺肩端面，所述圓柱形夾持體的側面上制有防松緊固面，所述圓柱形連接體上開有環形隔熱散熱槽；所述攪拌針由軸肩和針體組成，所述軸肩和針體同軸由上至下制成一體，所述攪拌頭還包括鋼絲刷結構體、多個定位墊環、緊固螺母和鋼絲刷定位套，所述鋼絲刷結構體由U字形鋼絲刷座、倒漏斗形罩和多根不銹鋼絲束組成，所述緊固螺母與軸肩的上部螺紋連接，且緊固螺母的上端面與臺肩端面之間設置有多個定位墊環，所述緊固螺母的下端面上設有安裝臺肩，所述U字形鋼絲刷座固裝在安裝臺肩上，所述倒漏斗形罩固定在U字形鋼絲刷座上，所述倒漏斗形罩罩在多根不銹鋼絲束的外側，且倒漏斗形罩的下邊緣處于多根不銹鋼絲束的下端的上部，所述多根不銹鋼絲束的上端固裝在U字形鋼絲刷座內，所述多根不銹鋼絲束的下端伸出軸肩的底面，所述鋼絲刷定位套與軸肩上部螺紋連接。

本發明具有以下有益效果：本發明利用攪拌頭基體與鋼絲刷結構體組合的特殊攪拌頭，直接將水從焊接區排除出去，而不需要其他排水裝置。攪拌頭周圍溫度較高，使其附近的水汽化，并利用蒸汽壓將水排開，同時在不銹鋼絲束的同步旋轉離心力的作用將水拋出，而且通過倒漏斗形罩阻止了水由鋼絲刷結構體上部和側面的進入，具有簡便易行的特點，同時由于焊接溫度低，不會發生水分解而使焊縫增氫。本發明與大氣環境中攪拌摩擦焊方法不同，本發明充分利用水具有大比熱容和較強導熱能力等熱物理性質，降低焊接熱循環的峰值溫度，加快焊接過程的冷卻速度，縮小焊接溫度場的分布范圍，因而降低了焊接熱影響區的寬度和軟化程度，細化了焊縫區的晶粒，最終提高接頭的性能。因此，本發明克服了現有水下焊接方法和大氣環境中攪拌摩擦焊方法存在的不足之處，不但容易滿足水環境中焊接的需求，而且能夠提高接頭的性能。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構主視剖視圖，圖2是圖1的a處局部放大圖。

具體實施方式