[發明專利]軸肩呈上凹下凹式焊具及無支撐無傾角攪拌摩擦焊方法

有效

• 申請號: 201210078214.1
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102601514A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 黃永憲;萬龍;呂世雄;韓冰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 劉同恩

1.一種軸肩呈上凹下凹式焊具，所述焊具包括夾持體和攪拌體，夾持體包括上圓柱體(1)和下圓柱體(2)，其特征在于：所述攪拌體包括主攪拌針(3)和輔助攪拌針(4)，上圓柱體(1)、下圓柱體(2)、主攪拌針(3)、輔助攪拌針(4)由上至下依次設置且制成一體，所述上圓柱體(1)的直徑小于下圓柱體(2)的直徑，上圓柱體(1)的外表面上設有夾持面(1-1)，下圓柱體(2)的外表面上設有至少兩個環形隔熱槽(2-1)，主攪拌針(3)為錐形體，主攪拌針(3)的上端直徑大于下端直徑，主攪拌針(3)的外表面設有螺紋(3-1)，輔助攪拌針(4)為錐形體，輔助攪拌針(4)的下端為尖點，輔助攪拌針(4)的錐形外表面沿圓周均布設有4～8個溝槽(4-1)，所述下圓柱體(2)的下端面為外邊緣高于中心的上凹形軸肩面(2-2)，所述輔助攪拌針(4)的上端面為外邊緣高于中心的下凹形軸肩面(4-2)，上凹形軸肩面(2-2)的直徑(D1)大于下凹形軸肩面(4-2)的直徑(D2)。

2.根據權利要求1所述軸肩呈上凹下凹式焊具，其特征在于：所述下凹形軸肩面(4-2)與焊具中心軸線(N-N)之間的夾角為下夾角(α)，下夾角(α)為75°～80°。

3.根據權利要求1或2所述軸肩呈上凹下凹式焊具，其特征在于：所述上凹形軸肩面(2-2)與焊具中心軸線(N-N)之間的夾角為上夾角(β)，上夾角(β)為75°～81°。

4.根據權利要求3所述軸肩呈上凹下凹式焊具，其特征在于：所述焊具的材質為高速鋼。

5.一種利用權利要求1所述焊具實現無支撐無傾角攪拌摩擦焊的方法，其特征在于：所述方法是通過以下步驟實現的：

步驟一、確定攪拌體的使用長度(L)：根據被焊件的厚度確定攪拌體的使用長度(L)，攪拌體的使用長度(L)小于被焊件的厚度的0.05mm～0.35mm；

步驟二、確定上凹形軸肩面(2-2)與焊具中心軸線(N-N)之間的夾角(β)：上凹形軸肩面(2-2)與焊具中心軸線(N-N)之間的上夾角(β)為75°～81°；

步驟三、確定上凹形軸肩面(2-2)的直徑(D1)：根據被焊件的厚度確定上凹形軸肩面(2-2)的直徑(D1)，上凹形軸肩面(2-2)的直徑(D1)為被焊件厚度的1.6倍～2.5倍；

步驟四、確定下凹形軸肩面(4-2)的直徑(D2)：根據上凹形軸肩面(2-2)的直徑確定下凹形軸肩面(4-2)的直徑，下凹形軸肩面(4-2)的直徑(D2)為上凹形軸肩面(2-2)的直徑(D1)的0.15倍～0.35倍；

步驟五、確定下凹形軸肩面(4-2)與焊具中心軸線(N-N)之間的銳角(α)：下凹形軸肩面(4-2)與焊具中心軸線(N-N)之間的下夾角(α)為75°～80°；

步驟六、壓入輔助攪拌針(4)：焊具與被焊件的焊接面垂直設置，將焊具移至待焊處，將輔助攪拌針(4)接觸待焊工件；

步驟七、進行中空無支撐結構的攪拌摩擦焊：焊具以100轉/分鐘～1500轉/分鐘的轉速、1毫米/分鐘～10毫米/分鐘的壓入速度壓入被焊件中，上凹形軸肩面(2-2)的壓入深度為0.1毫米～0.3毫米，以20毫米/分鐘～1000毫米/分鐘的焊接速度沿焊接方向行走直至完成中空無支撐結構的攪拌摩擦焊。

6.根據權利要求5所述無支撐無傾角攪拌摩擦焊的方法，其特征在于：步驟一中攪拌體的使用長度(L)小于被焊件的厚度的0.2mm。

7.根據權利要求5所述無支撐無傾角攪拌摩擦焊的方法，其特征在于：步驟二中上凹形軸肩面(2-2)與焊具中心軸線(N-N)之間的上夾角(β)為80°；步驟五中下凹形軸肩面(4-2)與焊具中心軸線(N-N)之間的下夾角(α)為78°。

8.根據權利要求5所述無支撐無傾角攪拌摩擦焊的方法，其特征在于：步驟三中上凹形軸肩面(2-2)的直徑(D1)為被焊件厚度的2倍；步驟四中下凹形軸肩面(4-2)的直徑(D2)為上凹形軸肩面(2-2)的直徑(D1)的0.25倍。

9.根據權利要求5所述無支撐無傾角攪拌摩擦焊的方法，其特征在于：步驟七中焊具以500轉/分鐘的轉速、2毫米/分鐘的壓入速度壓入被焊件中，上凹形軸肩面(2-2)的壓入深度為0.2毫米，以100毫米/分鐘的焊接速度沿焊接方向行走直至完成中空無支撐結構的攪拌摩擦焊。

10.根據權利要求5所述無支撐無傾角攪拌摩擦焊的方法，其特征在于：步驟七中焊具以800轉/分鐘的轉速、3毫米/分鐘的壓入速度壓入被焊件中，上凹形軸肩面(2-2)的壓入深度為0.25毫米，以300毫米/分鐘的焊接速度沿焊接方向行走直至完成中空無支撐結構的攪拌摩擦焊。