[發明專利]無傾角攪拌摩擦焊的頂鍛力自補償攪拌工具及焊接方法

有效

• 申請號: 201711210728.7
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN108031967B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 王志國;竇超;江琛;封小松;黃征;崔凡;尹玉環;徐奎
• 申請（專利權）人: 上海航天設備制造總廠
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 余岢

本發明涉及一種適用于無傾角攪拌摩擦焊的頂鍛力自補償攪拌工具，包括夾持段、圓柱段和攪拌針，夾持段、圓柱段和攪拌針自上而下為一體結構，夾持段為圓柱體，側面銑有平面用于緊固；圓柱段為圓柱體，直徑大于夾持段，周向開有散熱槽，圓柱段的下端面為軸肩；軸肩的外圓環為平面且設置有至少兩處阿基米德螺旋槽，軸肩的內圓環為內凹型，內凹與攪拌針圓滑過渡，攪拌針為上粗下細的圓臺，攪拌針側面設置有螺紋特征。該攪拌工具與常規的內凹型攪拌工具具有隨焊對被焊材料產生頂鍛力自補償的作用，可以有效避免無傾角攪拌摩擦焊易出現的孔洞缺陷。

技術領域

本發明屬于焊接領域，涉及一種適用于無傾角攪拌摩擦焊的頂鍛力自補償攪拌工具及焊接方法。

背景技術

攪拌摩擦焊是一種新型的固相連接技術，其原理在于被焊材料在攪拌頭的高速旋轉摩擦產熱和軸向擠壓的共同作用下塑性流動、對接面被打碎而形成的一種固相連接。

相比于傳統的熔化焊接方法，攪拌摩擦焊具有熱輸入、焊接變形小，力學性能優異等特點。現已廣泛應用于低熔點材料，如鋁、鎂合金的焊接。但傳統的攪拌摩擦焊在焊接過程會導致焊縫區域較母材減薄0.2~0.5mm，而無傾角攪拌摩擦焊接方法可以減少焊縫的減薄，但無焊接傾角后導致焊接過程的頂鍛力減弱，接頭內部易出現孔洞缺陷。

發明內容

本發明針對無傾角攪拌摩擦焊焊接過程中頂鍛力弱的問題，提出了一種適用于無傾角攪拌摩擦焊的頂鍛力自補償攪拌工具。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種適用于無傾角攪拌摩擦焊的頂鍛力自補償攪拌工具，包括夾持段、圓柱段和攪拌針，三部分自上而下為一體結構。夾持段為圓柱體，圓柱側面銑有平面用于緊固；圓柱段為圓柱體，直徑大于夾持段，側面開有散熱槽，攪拌針為上粗下細的圓臺，攪拌針上具有螺紋特征。

進一步，所述圓柱段下端面為軸肩，軸肩外圓環為平面且設置有至少兩處阿基米德螺旋槽，軸肩內圓環為內凹型且與攪拌針圓滑過渡。

優選的，本發明所述的無傾角攪拌摩擦焊的頂鍛力自補償攪拌工具材料為高速鋼、耐熱合金鋼、熱作模具鋼、鎳基合金等。

進一步，所述圓柱段側面開設有兩圈以上的散熱槽。

進一步，軸肩與圓柱段交界外設置有倒角，軸肩外圓環為平面且設置有至少兩處阿基米德螺旋槽，阿基米德螺旋槽槽型為直角梯形，斜邊傾角為3~10°，槽深0.05~0.6mm，內圓環為內凹型，內凹角為3~10°。

進一步，軸肩內圓環與外圓環的直徑比為0.4~0.8。

進一步，攪拌針為圓臺形，外表面設置有螺紋，攪拌針的長度等于被焊板材厚度減去0.1~0.3mm。

進一步，攪拌針的螺紋旋向與軸肩的阿基米德螺旋槽的旋向要相匹配，當攪拌針螺紋為右旋時，軸肩的阿基米德螺旋槽為順時針，反之，攪拌針螺紋為右旋時，軸肩的螺旋槽為逆時針。

本發明的另一技術方案在于，提供了一種無傾角攪拌摩擦焊的頂鍛力自補償攪拌工具的焊接方法，采用上述攪拌工具，方法如下：

將被焊板材裝夾固定在焊接平臺上，采用緊固螺釘將攪拌工具固定在攪拌摩擦焊設備上，設備的主軸傾角設置為0°，主軸旋轉方向根據攪拌工具的外形特征設置旋轉方向，當攪拌工具的攪拌針3為右旋時，主軸的旋轉方向設置為逆時針，反之，主軸的旋轉方向為順時針。采用400~1500rpm的轉速以3~5mm/min的扎入速度扎入被焊材料，壓入深度0~0.1mm，以50~600mm/min的焊接速度進行焊接，焊接完成后攪拌工具拔出，焊接結束。其中，當攪拌工具的攪拌針為右旋時，主軸的旋轉方向設置為逆時針，反之，主軸的旋轉方向為順時針。