[發明專利]一種用于0傾角平面二維曲線攪拌摩擦焊的焊具

無效

• 申請號: 201210050966.7
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN102581469A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 趙勇;嚴鏗;葉友利;施志強;何旭丹
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及用于0傾角攪拌摩擦焊的焊具，尤其是用于二維曲線的攪拌摩擦焊焊具，屬于材料連接技術領域。

背景技術

攪拌摩擦焊最初是針對焊接性差的鋁合金開發的一種新型固相焊接工藝，由英國焊接研究所于1991年開發的專利技術。攪拌摩擦焊自發明以來很快就受到制造工業的密切關注和支持，并且于1996年在制造工業領域得到了成功應用。攪拌摩擦焊是利用一種特殊的低耗損的攪拌頭旋轉著壓入被焊零件的表面，攪拌頭與被焊零件的摩擦使被焊材料熱塑化，當攪拌頭沿著焊接界面向前移動時，熱塑化的材料由前向后轉移，在熱-機聯合作用下連接形成致密的固相連接接頭。

由于攪拌摩擦焊接技術具有的獨特優點，自其問世以來，就受到了世界上主要工業化國家焊接界的重視。許多大學、研究所、公司都在進行與該工藝相關的研究工作，以期將該工藝更廣泛地用于飛機、輕型節能汽車、高速列車、船舶等結構，減輕結構重量，提高它們的綜合性能，促進航天航空、汽車、船舶等工業的發展。

隨著攪拌摩擦焊在工業中應用范圍的進一步加大，很多零件需要進行平面二維焊縫的焊接，但是攪拌摩擦焊焊接參數中，攪拌頭傾角對焊縫成型及接頭性能也起著至關重要的影響，相關的研究結果表明，攪拌頭傾角對接頭成形有很大影響，當傾角較小時，在焊核表面容易出現溝槽型缺陷。隨著角度繼續增大，焊核表面缺陷消失，焊核中部形成橢圓形的“洋蔥環”形貌，合適的傾角在2-4°左右。

國內外的相關機構和學者為了實現攪拌摩擦焊平面二維焊縫的焊接，開發并研制了二維攪拌摩擦焊設備，通常這些設備主要采用焊接機器人在不同位置自動調節主軸角度來實現平面二維不規則形狀焊縫的焊接，它與常用攪拌摩擦焊相比增加了旋轉軸，當焊接前進方向改變時能夠保持主軸與待焊工件平面的夾角恒定，可以實現平面曲線焊縫的攪拌摩擦焊焊接，但是，旋轉軸的加入必然使設備加入相應的機械及控制部分，從而使設備復雜，成本增加。本發明是在常規的攪拌摩擦焊設備上，通過研制特殊形狀的攪拌頭，從而改變被焊材料的塑性流動，即可實現常規攪拌摩擦焊主軸為0度角的平面二維焊接，目前國內外還未見相關報道。

常規的攪拌摩擦焊焊具的形式為：軸肩為光滑錐面，錐形攪拌針上加工螺紋，當采用這種常規攪拌頭進行攪拌頭傾角為0度的平面二維曲線焊接時，由于焊接時隨攪拌針旋轉向上翻轉的軟化金屬不能有效的包含在軸肩與被焊金屬表面形成的空腔內，塑化的金屬會隨著攪拌頭的旋轉而從軸肩的邊緣推向焊縫的兩邊形成飛邊，由于攪拌頭移動過程中造成的空腔得不到足夠的金屬補充，而在焊縫表面形成溝槽或者在焊縫內部形成隧道等缺陷。

本發明在不對常規攪拌摩擦焊設備進行升級改造的前提下，研制了能實現0傾角平面二維攪拌摩擦焊焊接需要一種特殊的攪拌頭。

發明內容

本發明的目的所要解決的技術問題是：目前實現攪拌摩擦焊平面二維焊縫的焊接主要采用焊接機器人在不同位置自動調節主軸，當焊接前進方向改變時能夠保持主軸與待焊工件平面的夾角恒定，實現平面曲線焊縫的攪拌摩擦焊焊接，這種設備結構復雜，焊接成本增加。為了能在常規攪拌摩擦焊設備上實現0傾角平面二維焊接，本發明提出一種用于0傾角平面二維曲線攪拌摩擦焊的焊具。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案是：

一種用于0傾角平面二維曲線攪拌摩擦焊的焊具，由夾持體、軸肩和攪拌針三部分組成。所述夾持體是一段圓柱體，圓柱體周面上加工有一段平行軸線的定位平臺；所述軸肩是一段直徑大于夾持體直徑的圓柱體，在軸肩端表面上加工有方形螺紋；所述攪拌針為設置在所述軸肩端面上一表面加工有螺紋的圓錐體，所述圓錐體下端直徑遠小于所述軸肩端面直徑。

上所述攪拌針上的方形螺紋和所述軸肩上的螺紋的螺旋方向相反。

上所述焊具整體采用GT35鋼結硬質合金制造。

本發明的一種用于0傾角平面二維曲線攪拌摩擦焊的焊具，在常規攪拌摩擦焊設備基礎上使用，可以實現平面任意二維曲線的攪拌摩擦焊焊接，焊縫性能和常規有傾角攪拌摩擦焊焊縫性能相當，可以實現平面內任意曲線的焊接，拓展了攪拌摩擦焊的應用范圍。

附圖說明

圖1為本發明的焊具結構示意圖；

圖中：1、攪拌針；2、軸肩；3、方形螺紋；4、夾持體；5、定位平臺。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步的詳細說明。