[發明專利]一種加熱式回填攪拌摩擦焊工具

在審

• 申請號: 202010019045.9
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111069763A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 柴鵬;王軍;郭曉娟;孟強;張亮
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院;河北科技大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 劉乾幫

本發明涉及一種加熱式回填攪拌摩擦焊工具，其包括機頭、攪拌針、軸肩、襯套和加熱套環；攪拌針、軸肩、襯套安裝于機頭上；攪拌針、軸肩與機頭轉動連接，襯套與機頭固定連接，加熱套環套接于襯套外壁上。本發明通過設置加熱套環能對襯套進行加熱，在焊接前會對被焊材料的焊點位置預先進行加熱，升高了該位置處的溫度；這樣減小了材料上的殘余應力，減少了冷裂紋的產生；同時該位置得到了軟化，降低了攪拌針和軸肩受到的垂直頂鍛力，保護了焊接工具。

技術領域

本發明涉及回填式攪拌摩擦焊工具，特別涉及一種加熱式回填攪拌摩擦焊工具。

背景技術

攪拌摩擦點焊(Friction Stir Spot Welding，FSSW)是在“線性”攪拌摩擦焊接基礎上，新近研究開發的一種創新的焊接技術。FSSW可以形成點焊的搭接接頭，其焊縫外觀與通常應用于鋁合金構件的電阻點焊類似，因而具有很高的應用價值和研究意義。

回填式焊接方法是通過控制攪拌頭各部件間的相對運動實現接頭的焊接。攪拌頭主要由攪拌針、軸肩以及最外層的襯套三部分組成，在焊接過程中攪拌針和軸肩相對運動產生空腔，塑性材料被融合和攪動，并填入到空腔內，由于攪拌針與軸肩的相對運動，塑性材料又被重新填到焊接區域，在這一過程中完成被焊材料在該點處的焊接。

如專利申請號為201710099857.7的中國發明專利申請公開了一種填絲回填式攪拌摩擦點焊方法及工具，其焊接工具包括攪拌針、可活動地套接在攪拌針上的攪拌套（軸肩）及可活動地套接在攪拌套（軸肩）上的壓緊套（襯套）；所述壓緊套（襯套）的底部側壁上開設有送絲孔，所述攪拌針和攪拌套（軸肩）可相對壓緊套（襯套）同時向上回抽一定的距離而在壓緊套（襯套）的底部形成有供從送絲孔送入的填充材料放置的空間。該發明通過在壓緊套（襯套）上開孔進行填絲，調整攪拌針與攪拌套（軸肩）的回抽空間，實現填絲焊接，彌補焊接過程中的材料流失，從而消除了攪拌摩擦點焊接頭的表面凹坑和環形溝槽，有效提高了接頭的力學性能及美觀性。

上述發明專利申請中公開的回填式攪拌摩擦點焊工具，在使用中需要頻繁的對單個點位置進行焊接，在這個過程中，當被焊材料的溫度較低時，材料上存在較大的殘余應力，焊接后焊縫容易出現冷裂紋；同時攪拌針和軸肩會受到較大的垂直頂鍛力，容易產生變形，進而容易導致軸肩和襯套磨損嚴重，降低了焊接工具的使用壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種加熱式回填攪拌摩擦焊工具，它通過設置加熱部件能對襯套進行加熱，在焊接前會對被焊材料的焊點位置預先進行加熱，升高了該位置處的溫度；這樣減小了材料上的殘余應力，減少了冷裂紋的產生；同時該位置得到了軟化，降低了攪拌針和軸肩受到的垂直頂鍛力，保護了焊接工具。

本發明的上述目的是通過以下技術方案得以實現的：一種加熱式回填攪拌摩擦焊工具，包括機頭、攪拌針、軸肩和襯套，攪拌針、軸肩、襯套安裝于機頭上；攪拌針、軸肩與機頭轉動連接，襯套與機頭固定連接，還包括加熱套環，加熱套環套接于襯套外壁上。

通過采用上述技術方案，在使用時，加熱套環對襯套進行加熱，使襯套具備一定的溫度；在點焊時，襯套接觸被焊材料，在1.5-3秒的時間內對該區域進行加熱，使材料軟化，然后再由攪拌針、軸肩配合對該點位進行焊接。相比現有技術，當材料溫度較低時，可以預先對材料的焊點位置進行加熱軟化，降低材料上的殘余應力，這樣在焊接后可以減少冷裂紋的產生；同時焊點位置得到了軟化，降低了攪拌針和軸肩受到的垂直頂鍛力，保護了焊接工具。

對襯套加熱，然后再利用襯套的熱量來加熱焊點區域存在較為明顯的優勢；一方面襯套的高溫不會影響攪拌針、軸肩，使其兩者具備可靠的機械強度能較為可靠的完成焊接；另一方面襯套的管狀結構使其能在焊點區域上形成一個圓形的加熱區，熱量會集中在其內部，不易流失，加熱效率較高。

本發明進一步設置為：加熱套環為電磁感應加熱器。