[發明專利]一種提高焊透深度的攪拌摩擦焊接攪拌頭

有效

• 申請號: 202110597059.3
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113172333B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 鄭森木;裴利程;朱志;陳勇;盧啟強;沈勇
• 申請（專利權）人: 四川航天長征裝備制造有限公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 成都天既明專利代理事務所(特殊普通合伙) 51259
• 代理人: 李欽;杜雁春

本發明公開了一種提高焊透深度的攪拌摩擦焊接攪拌頭，包括依次連接的攪拌針、軸肩和夾持部，所述攪拌針為側面帶螺紋及3個截平面均布的錐臺結構且根部螺紋結束位置包含在攪拌針側面任意一個截平面沿攪拌頭旋轉方向前進側邊緣內，所述攪拌針端部平面均布3個圓弧螺旋凹槽或圓弧直凹槽。本發明增大了攪拌針端部與焊縫金屬的摩擦面積，增強了根部焊縫材料攪拌能力，提高根部焊縫金屬溫度，促進根部焊縫材料的塑化和流動，提高焊透深度以及對焊接厚度波動的適應性，能有效防止焊縫根部弱連接及未焊透缺陷。

技術領域

本發明屬于攪拌摩擦焊接技術領域，涉及一種提高焊透深度的攪拌摩擦焊接攪拌頭。

背景技術

攪拌摩擦焊利用特殊設計的攪拌頭旋轉著插入待焊工件，在摩擦熱、塑性變形產熱和軸向機械壓力作用下，被焊材料發生局部塑化和流動，經過再結晶而形成致密的連接接頭，是一種優質、高效、綠色的固相連接技術。該技術已經在航空航天、軌道交通、船舶、電力電子及新能源汽車等行業得到廣泛應用。

在常規的攪拌摩擦焊接中，為了保證工件焊透而要求攪拌針長度盡可能接近工件焊接厚度，但為了防止與背面工裝墊板干涉又要求攪拌針長度盡可能小于工件焊接厚度。所以，基于焊透及防止與墊板干涉的統籌考慮，目前普遍采用攪拌針長度比被焊工件厚度小0.1-0.3mm的設計，也即僅能穩定焊透比攪拌針長大0.3mm的工件厚度；實際生產中，焊前根據本次焊接的工件理論厚度選定對應攪拌針長度的攪拌頭，焊接過程不再更換，但受焊接工裝變形、焊接變形、尤其是加工精度誤差導致的工件焊接厚度波動等工程因素影響(對于諸如火箭燃料貯箱、軌道列車車體以及船舶等大型焊接結構，一條焊縫長達數米至十幾米甚至更長，受加工精度影響，整條焊縫不同部位以及不同批次同一零部件焊縫的焊接厚度存在不同程度的波動，一般0.1-0.5mm，實際生產中這類情況不可避免)，尺寸波動使得工件厚度超過攪拌頭可焊最大厚度，容易在背面焊縫產生弱連接以及根部未焊透等缺陷。該類缺陷尺寸一般較小，很難甚至無法被X射線及超聲等現有無損檢測方法檢出，對接頭性能產生較大隱患，嚴重降低接頭承載能力以及疲勞性能，且焊接厚度越大，根部焊縫越易產生弱連接以及未焊透等缺陷，接頭性能隱患顯著增加。

當前，為了防止弱連接及根部未焊透等缺陷，實際生產中通過焊接過程加大軸肩下壓量以及多道次焊接等措施加以控制，但工藝調控閾度較小，不能從根本上解決弱連接及根部未焊透等缺陷；或者焊后采用機械打磨及機加工方法去除一定厚度的焊縫根部材料，這增加了生產成本，也降低了生產效率。

此外，同一產品上往往存在大量焊接厚度相差僅1mm以內的焊接結構，為了解決攪拌頭對焊接厚度的適應性問題，以防止弱連接及根部未焊透等缺陷，當前實際生產中，對攪拌針長每間隔0.2mm制備對應一個攪拌頭，導致攪拌頭數量龐大、成本高、管理繁瑣。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種提高焊透深度的攪拌摩擦焊接攪拌頭。

為了達到上述目的，本發明采用了下列技術方案：

一種提高焊透深度的攪拌摩擦焊接攪拌頭，包括依次連接的攪拌針、軸肩和夾持部，所述攪拌針為側面帶螺紋及3個截平面的錐臺結構且根部螺紋結束位置M包含在攪拌針側面任意一個截平面沿攪拌頭旋轉方向前進側邊緣內，所述攪拌針端部設有螺旋凹槽或圓弧直凹槽。

作為優選方式，所述攪拌針根部螺紋結束位置M包含在攪拌針側面任意一個截平面沿攪拌頭旋轉方向前進側邊緣1mm以內。

作為優選方式，所述攪拌針端部直徑d根據被焊接件厚度δ、攪拌針錐度γ及攪拌針長度L按照式(1)計算

d＝(0.8×δ+2.2)-2×L×tg(γ/2) (1)。

進一步優選，所述3個截平面結構在攪拌針的側面間隔120°均布。

進一步優選，所述攪拌針的圓錐面設有螺紋。

進一步優選，所述攪拌針錐度γ為10°～15°。