[發明專利]一種能實現單次焊接雙道成形的攪拌摩擦焊焊具

有效

• 申請號: 201710349393.0
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107088702B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 呂宗亮;萬龍;劉鑫;黃體方;王繼超;黃永憲
• 申請（專利權）人: 哈爾濱萬洲焊接技術有限公司
• 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: 遲芳

一種能實現單次焊接雙道成形的攪拌摩擦焊焊具，以解決現有攪拌摩擦焊過程中，由于軸肩壓入焊縫表面，大量的摩擦產熱導致工件表面材料軟化溢出，形成飛邊，導致焊縫減薄的問題。本發明的下圓柱體上設有徑向螺紋通孔，徑向螺紋通孔位于環形隔熱槽的上方，夾持孔將徑向螺紋通孔分為兩個徑向螺紋通孔，大直徑軸肩設計為內凹型，攪拌體設置在夾持孔中，攪拌體的上端面與夾持孔的底部靠嚴，兩側焊具夾持面與兩個徑向螺紋通孔上下一一正對，小直徑軸肩設計為內凹型，小直徑軸肩的端面相對大直徑軸肩的端面向外伸出有一定的伸出量D，攪拌針的外徑表面設有右旋螺紋，攪拌針的下端面為凸面，每個徑向螺紋通孔中旋入一個緊固螺釘。本發明用于攪拌摩擦焊。

技術領域

本發明涉及一種攪拌摩擦焊焊具，具體涉及一種能實現單次焊接雙道成形的攪拌摩擦焊焊具。

背景技術

攪拌摩擦焊(FSW)是英國焊接研究所(TWI)于1991年發明的一種新型固相連接方法，該技術因其焊接變形小、殘余應力小，無需保護氣體和填充材料，可消除氣孔、夾雜、裂紋等焊接缺陷，以及不產生弧光、煙塵、噪音污染等特點，受到各國科研機構的關注，且因為焊接質量好，攪拌摩擦焊在航天航空、船舶、汽車等領域已顯示出廣泛的應用前景。攪拌摩擦焊過程中，利用高速旋轉的攪拌頭與工件摩擦產熱及材料塑性變形熱作為焊接熱源，使被焊材料局部塑化，當攪拌頭沿著焊接界面向前移動時，塑化材料在攪拌頭的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。

攪拌摩擦焊焊具前端攪拌針部分在焊接過程中扎進材料內部進行摩擦和攪拌，而軸肩部分與工件表面摩擦產生熱量，同時內凹的幾何形狀可一定程度防止塑性狀態的材料溢出。焊具軸肩在焊接過程中壓入工件表面一定深度，能起到清除表面氧化膜，優化焊縫表面的作用。然而，由于軸肩壓入焊縫表面，大量的摩擦產熱導致工件表面材料軟化溢出，形成飛邊，導致焊縫減薄效應。另一方面，鋁/銅等異種金屬在焊接時極易形成脆性的金屬間化合物，導致焊縫無法成形，焊縫表面缺陷嚴重。針對上述問題，設計一種能實現單次焊接雙道成形以消除焊縫減薄、修復鋁/銅缺陷的攪拌摩擦焊焊具是非常有必要的。

發明內容

本發明為了解決現有攪拌摩擦焊過程中，由于軸肩壓入焊縫表面，大量的摩擦產熱導致工件表面材料軟化溢出，形成飛邊，導致焊縫減薄；另一方面，鋁/銅等異種金屬在焊接時極易形成脆性的金屬間化合物，導致焊縫無法成形，焊縫表面缺陷嚴重的問題，提出一種能實現單次焊接雙道成形的攪拌摩擦焊焊具。

本發明的一種能實現單次焊接雙道成形的攪拌摩擦焊焊具，其組成包括夾持體、攪拌體和兩個緊固螺釘，其中夾持體和攪拌體的軸心處于同一直線上，所述夾持體由同軸的上圓柱體和下圓柱體組成，上圓柱體的直徑小于下圓柱體的直徑，上圓柱體與下圓柱體制成一體，上圓柱體的外表面上設有焊具夾持面，軸心開有退料孔，下圓柱體的外表面上設有至少一個環形隔熱槽，下圓柱體的軸心處設有放置攪拌體的夾持孔，退料孔與夾持孔相通，且夾持孔直徑大于退料孔直徑，下圓柱體上設有徑向螺紋通孔，徑向螺紋通孔位于環形隔熱槽的上方，夾持孔將徑向螺紋通孔分為兩個徑向螺紋通孔，下圓柱體的下端面為大直徑軸肩，大直徑軸肩設計為內凹型；

攪拌體設置在夾持孔中，攪拌體的上端面與夾持孔的底部靠嚴，攪拌體由攪拌針柄和攪拌針組成，攪拌針柄與攪拌針上下設置且制成一體，其中攪拌針柄上端兩側外表面上設有攪拌針夾持面，兩側攪拌針夾持面與兩個徑向螺紋通孔上下一一正對，攪拌針柄的下端面為小直徑軸肩，小直徑軸肩設計為內凹型，小直徑軸肩的端面相對大直徑軸肩的端面向外伸出有一定的伸出量D，攪拌針的外徑表面設有右旋螺紋，攪拌針的下端面為凸面；

每個徑向螺紋通孔中旋入一個緊固螺釘，緊固螺釘底端與攪拌針夾持面相接觸。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：

一、本發明的焊具針對同種材料的焊接，控制大直徑軸肩和小直徑軸肩之間的相對距離(伸出量D)，利用小直徑軸肩實現“單次焊接”成形，利用大軸肩實現溢出材料的二次碾壓回填，從而實現無減薄攪拌摩擦焊。