[發(fā)明專利]一種鈦及鈦合金攪拌摩擦焊用雙層氣體保護罩

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010127857.1
• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN101780601A
• 公開（公告）日: 2010-07-21
• 發(fā)明（設計）人: 劉會杰;周利;張會杰;黃永憲;沈俊軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: B23K20/26
• 分類號: B23K20/26;B23K20/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 徐愛萍

技術領域

本發(fā)明涉及一種鈦及鈦合金攪拌摩擦焊用保護罩，屬于焊接技術領域。

背景技術

攪拌摩擦焊的基本原理如專利PCT/GB92/02203所述。在焊接過程中，利 用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與工件摩擦產(chǎn)生的熱量使被焊材料局部塑化，當攪拌頭沿 著焊接界面移動時，塑化材料在攪拌頭的轉(zhuǎn)動摩擦力作用下由攪拌頭的前部移 向后部，并在攪拌頭的擠壓下形成致密的固相焊縫。從發(fā)明至今，攪拌摩擦焊 技術已成功應用于鋁、鎂等低熔點材料的焊接。近年來，鋼、鈦及鈦合金等高 熔點材料逐漸成為攪拌摩擦焊的研究熱點。與低熔點材料不同的是，高熔點材 料在高溫下才能塑化并實現(xiàn)焊接，焊接過程中需防止被焊材料與空氣組分反應 而影響焊接質(zhì)量，對于化學活性較強的鈦及鈦合金而言更是如此。

針對鈦及鈦合金攪拌摩擦焊過程保護問題，洛克希德-馬丁公司和南卡萊 羅納大學的研究人員將工件置于充滿保護氣體的封閉氣室內(nèi)進行焊接[5th International?Friction?Stir?Welding?Symposium，Metz，2004]。采用這種方式保護 效果較好，但需要考慮密封及工件結構尺寸等因素，導致氣室結構復雜且適應 性較差。日本專利號為JP2004337860-A中提出一種鈦及鈦合金攪拌摩擦焊用 氣體保護裝置，焊接過程中保護氣體從保護裝置入口進入后從出口流出，從而 實現(xiàn)對焊接區(qū)域的隨焊保護。但這種保護裝置僅由單層氣罩組成，通入氣罩內(nèi) 的保護氣直接與高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭及其傳動軸發(fā)生接觸，從而會產(chǎn)生強烈的紊 流運動，會使空氣卷入焊接區(qū)域而影響保護效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有鈦及鈦合金攪拌摩擦焊用氣體保護裝置存在結構復 雜、適應性較差及易受攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)而影響保護效果的問題，提供一種鈦及 鈦合金攪拌摩擦焊用雙層氣體保護罩。

本發(fā)明的技術方案是：本發(fā)明所述雙層氣體保護罩由內(nèi)氣罩、外氣罩、內(nèi) 氣罩進氣嘴和外氣罩進氣嘴組成；內(nèi)氣罩和外氣罩沿軸向均設有貫通的空腔， 內(nèi)氣罩裝在外氣罩的空腔內(nèi)，內(nèi)氣罩的外部形狀為由上至下依次制成一體的內(nèi) 氣罩圓柱形配合段、內(nèi)氣罩圓柱形氣體進入段和內(nèi)氣罩圓臺形氣體流出段組 成，內(nèi)氣罩圓柱形氣體進入段的外徑小于內(nèi)氣罩圓柱形配合段的外徑，內(nèi)氣罩 圓臺形氣體流出段的上端外徑大于其下端外徑，內(nèi)氣罩圓臺形氣體流出段的上 端外徑與內(nèi)氣罩圓柱形氣體進入段的外徑相等，內(nèi)氣罩圓柱形配合段的上端面 沿圓周方向開有用于與外氣罩裝配的多個第一連接孔，內(nèi)氣罩圓柱形氣體進入 段的側(cè)壁上沿徑向開有一個第一進氣孔；外氣罩的外部形狀為由上至下依次制 成一體的外氣罩圓柱形配合段、外氣罩圓柱形氣體進入段和外氣罩圓臺形氣體 流出段組成，外氣罩圓柱形氣體進入段的外徑小于外氣罩圓柱形配合段的外 徑，外氣罩圓臺形氣體流出段的上端外徑大于其下端外徑，外氣罩圓臺形氣體 流出段的上端外徑與外氣罩圓柱形氣體進入段的外徑相等，外氣罩圓柱形配合 段的上端面沿圓周方向開有與焊機裝配的多個第二連接孔，外氣罩圓柱形配合 段上與多個第一連接孔相對應位置處開有用于與內(nèi)氣罩裝配的多個螺孔，外氣 罩圓柱形氣體進入段的側(cè)壁上對稱開有兩個第二進氣孔，內(nèi)氣罩進氣嘴穿過外 氣罩圓柱形氣體進入段上的兩個第二進氣孔中的任意一個和內(nèi)氣罩圓柱形氣 體進入段上的第一進氣孔伸入內(nèi)氣罩圓柱形氣體進入段的空腔內(nèi)，外氣罩圓柱 形氣體進入段與內(nèi)氣罩圓柱形氣體進入段之間以及外氣罩圓臺形氣體流出段 與內(nèi)氣罩圓臺形氣體流出段之間均分別設有間距，外氣罩進氣嘴穿過外氣罩圓 柱形氣體進入段上的兩個第二進氣孔中的剩余一個伸入外氣罩圓柱形氣體進 入段和內(nèi)氣罩圓柱形氣體進入段之間。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用內(nèi)氣罩、外氣罩、內(nèi)氣罩進氣嘴和外氣 罩進氣嘴組成的雙層氣體保護罩，使保護氣體在焊接過程中分別由內(nèi)氣罩進氣 嘴和外氣罩進氣嘴進入內(nèi)氣罩及內(nèi)氣罩與外氣罩之間的區(qū)域內(nèi)，并從內(nèi)氣罩的 氣體流出口和內(nèi)氣罩與外氣罩之間的氣體流出口流出，從而對焊接區(qū)域進行隨 焊保護。采用這種設計，除了在內(nèi)氣罩中提供保護氣體外(該保護氣會受到高 速旋轉(zhuǎn)攪拌頭影響而形成一定的紊流)，還能在內(nèi)氣罩與外氣罩之間的區(qū)域提 供不會受到高速旋轉(zhuǎn)攪拌頭影響的層流氣體。正是該層流氣體，可將周圍的空 氣完全隔離在焊接區(qū)以外，從而使焊接區(qū)得到比單層氣罩更好的保護效果。因 此，采用這種設計既具有結構簡單、適應性好的優(yōu)點，還可以對焊接區(qū)域提供 穩(wěn)定的氣體保護，從而保證鈦及鈦合金的攪拌摩擦焊接質(zhì)量。

附圖說明