[實用新型]一種雙軸肩攪拌摩擦頭氣液聯合冷卻裝置

有效

• 申請號: 201720168089.1
• 申請日: 2017-02-23
• 公開（公告）號: CN206474798U
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 劉奔;尹廣哲;閆玉卓;吳洪竹;陳書錦
• 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: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 李曉靜

技術領域

本實用新型涉及雙軸肩攪拌摩擦頭氣液聯合冷卻裝置，屬于焊接領域。

背景技術

自英國焊接研究所(TWI)于1991年實用新型了攪拌摩擦焊接方法以來，這項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，不產生弧光、煙塵、噪音污染等，同時能顯著降低成本、節省材料、優化結構、減輕飛行器的結構重量等特點受到各國科研機構的關注。由于這項技術具有很多其他方法所不具備的顯著特點，它很快就被用于航天領域，新一代運載火箭芯級貯箱筒段縱縫的焊接就是選用這種方法。盡管利用攪拌摩擦焊接方法可以獲得高質量的焊接接頭，但仍然存在很多難點，如攪拌頭在高溫下容易磨損，影響其使用壽命。因此如何降低攪拌頭的工作溫度成了重要的工作。

專利(申請號201310139472.0)設計了專門的攪拌頭和工件冷卻器，攪拌頭冷卻器安裝在被焊接工件保護器上端，攪拌頭安裝在攪拌頭冷卻器和被焊接工件保護器之中，冷卻介質用于間接冷卻攪拌摩擦頭，且所述冷卻器結構復雜；專利(申請號03134361.9)同樣通過冷卻介質間接冷卻攪拌摩擦頭，所設計的冷卻液系統結構復雜，但顯然這個方法所需要的冷卻裝置較大且適用性不強；此外還有專利(申請號201310449604.X)通過固定設置在主軸頭機箱的下方冷卻盤來冷卻主軸頭的桿部，但需要多種進油管路、出油管路，需要設計蓄能器和平衡閥，實際上還是一種間接冷卻方法。因此設計出一種既能最大程度實現攪拌摩擦頭冷卻功能、又能最大程度地避免影響焊接質量、又能夠簡單快速操作的冷卻方法和裝置成為了一個迫在眉睫的重要任務。

實用新型內容

實用新型目的：為了克服現有技術中存在的不足，本實用新型提供一種雙軸肩攪拌摩擦頭氣液聯合冷卻裝置，采用空氣氣流和冷卻液相結合的方式對攪拌摩擦頭上下軸肩的非焊接部位進行冷卻，降低了攪拌摩擦頭的溫度，也間接控制焊接溫度場。

技術方案：為實現上述目的，本實用新型的雙軸肩攪拌摩擦頭氣液聯合冷卻裝置，該雙軸肩攪拌摩擦頭包含上軸肩和下軸肩，上軸肩與下軸肩之間連接有攪拌針，所述上軸肩沿軸線設有不通的中心孔，在中心孔底部設有若干個與中心孔垂直的導氣孔，在中心孔的頂部安裝有導氣扇，焊接過程中隨攪拌頭高速旋轉產生巨大的下降氣流，強行帶走攪拌頭中心的熱量并從上軸肩下部的導氣孔中排出；所述下軸肩下方安裝有空心錐體，所述空心錐體包含殼體，殼體的底部設有開口，在殼體內壁上設有螺紋，在下軸肩和殼體上均設有孔，殼體的下方設有水槽，開口位于水槽內，通過殼體內壁的螺紋帶動水槽內的冷卻水進入到下軸肩上，并通過下軸肩和殼體的孔排出殼體外，高速旋轉時冷卻液將沿著空心錐體的螺紋向上爬升通過下軸肩孔中，實現冷卻。

作為優選，所述空心錐體與下軸肩之間設有圓形擋蓋，圓形擋蓋將從下軸肩孔里甩出來的冷卻水擋住后，由于重力冷卻水下回到水槽中。

作為優選，所述導氣扇采用釬焊的方式固定于攪拌頭上軸肩中心孔的頂部，使其在焊接過程中隨攪拌頭高速旋轉產生下降氣流。

作為優選，所述空心錐體通過內螺紋與下軸肩相配合，并且將圓形擋蓋固定于兩者之間的臺階上，焊接過程中圓形擋蓋和空心錐體隨攪拌頭同步高速旋轉；空心錐體相對于下軸肩的旋緊方向與焊接過程中攪拌頭旋轉方向相反，防止焊接過程中圓形擋蓋和空心錐體隨攪拌頭同步高速旋轉時脫落。

作為優選，所述水槽上部兩側向內彎折，形成窄口，窄口寬超過圓形擋蓋直徑，水槽的深度必須超過攪拌頭的最大行程。

在本實用新型中，該攪拌頭采用了分體式的結構，攪拌頭上軸肩的底部和攪拌頭下軸肩的頂部中心分別加工了內螺紋孔，可以通過攪拌針連接起來。攪拌頭上軸肩垂直方向開有中心孔，冷卻液平方向開有交叉型的導氣孔。在中心孔的頂部通過釬焊的方式固定一個三葉導氣扇，注意導氣扇順時針方向高速旋轉時產生垂直向下的空氣推力。焊接過程中，隨著攪拌摩擦頭高速旋轉，導氣扇不斷產生巨大的下降氣流，迫使上軸肩中心孔的高溫氣體向下運動并通過導氣孔排出，同時導氣扇還將不斷吸入攪拌頭上方的低溫氣體，實現攪拌頭上軸肩內部氣流的冷熱交替，完成對攪拌頭上軸肩的冷卻。