[發明專利]一種異種材料攪拌摩擦焊接工具

在審

• 申請號: 202010716578.2
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111843177A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 林永勇;胡峰峰;張華德;燕志翔;鐘赟;于敏華
• 申請（專利權）人: 航天工程裝備（蘇州）有限公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種異種材料攪拌摩擦焊接工具，包括依次連接的刀柄、軸肩部和攪拌針，所述攪拌針在其針尖的底部設有至少一組凸臺，所述攪拌針呈圓臺設置，所述攪拌針的直徑由與軸肩部連接處到遠離軸肩部方向逐漸減小。攪拌針底部連接有1組或多組凸臺，單組以偏心的方式呈現，多組以圍繞攪拌針軸線均布的方式呈現，保證下部材料的流動特性和發熱量。解決異種材料（鋁、鋼；鋁、有機復合材料等）攪拌摩擦焊接時材料的流動、溫度特性差異問題，尤其適應上下異種材料的搭接焊。

技術領域

本發明公開了一種異種材料攪拌摩擦焊接工具，涉及攪拌摩擦焊特種焊接領域。

背景技術

目前在航天、航空、高鐵等軌道交通生產領域有越來越多的涉及到攪拌摩擦焊接設備，攪拌摩擦焊技術屬于一種固相連接技術，適用于鋁合金、鎂合金、鋼的綠色焊接。鋁鎂合金、鋼焊接的攪拌工具已得到相關領域人員的廣泛研究與應用，但是異種材料（鋁、鋼；鋁、有機復合材料等）的焊接，由于材料的流動、熱特性差異，導致現有的工具和工藝難以達到很完美的焊接效果。

發明內容

本發明針對上述背景技術中的缺陷，提供一種異種材料攪拌摩擦焊接工具，適用于異種材料的焊接。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種異種材料攪拌摩擦焊接工具，包括依次連接的刀柄、軸肩部和攪拌針，其特征在于，所述攪拌針在其針尖的底部設有至少一組凸臺，所述攪拌針呈圓臺設置，所述攪拌針的直徑由與軸肩部連接處到遠離軸肩部方向逐漸減小；所述攪拌針的表面設置螺旋線，所述軸肩部底部設計回旋槽。

進一步的，所述螺旋線的回旋方向與刀柄旋轉方向相反。

進一步的，所述回旋槽的回旋方向與刀柄旋轉方向相反。

進一步的，所述凸臺與攪拌針之間采用螺紋或過盈連接，所述攪拌針上開設螺紋孔或者過盈孔，凸臺可拆卸更換。

進一步的，所述凸臺選用合金材料，主要為耐磨合金（鎳鉻合金，高錳合金，鎳鎢合金）；所述凸臺的表面進行涂層處理，涂層主要為AlCrN或AlTiSiN；可降低攪拌針的磨損，適應高熔點、高硬度的材料焊接。

進一步的，定義刀柄的直徑為L₁，軸肩部的直徑為L₂，攪拌針的的頂端直徑為L₃，攪拌針的的底端直徑為L₄，其中0.6L₂L₁0.8L₂ ，保證攪拌針刀柄的強度和軸肩摩擦生熱量，0.75 L₃L₄0.85L₃，使得攪拌針呈錐字型，保證材料在焊接過程中向上的流動特性。

進一步的，定義凸臺的直徑為L₅，其中0.2 L₃L₅0.3L₃。

進一步的，定義凸臺的高度為H₂，其中0.1 H₁ H₂0.2 H₁。

進一步的，定義定攪拌針的高度為H₁，其中L₃H₁L₄。

工作原理：軸肩部底部設計回旋槽，回旋方向與主軸旋轉方向相反，使焊接過程中材料向中間聚攏；攪拌針設計有螺旋線槽，使焊接過程中材料由底層向上層流動。攪拌針底部連接1組或多組凸臺，攪拌摩擦焊接時凸臺改變底層材料的流動、溫度場，使得下層材料在凸臺離心攪拌作用下，向四周流動，并通過攪拌針的螺旋槽帶向上層，達到異種材料充分混合的效果。