[實用新型]一體化超聲攪拌摩擦焊接刀柄及其超聲攪拌摩擦焊接系統

有效

• 申請號: 202222595687.0
• 申請日: 2022-09-29
• 公開（公告）號: CN218799789U
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 隆志力;鞠建忠;葉書苑;彭天昱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: B23K20/10
• 分類號: B23K20/10;B23K20/12;B23K20/26;B23K28/02
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 陳培瓊

本實用新型公開了一種一體化超聲攪拌摩擦焊接刀柄及其超聲攪拌摩擦焊接系統，一體化超聲攪拌摩擦焊接刀柄包括刀柄本體、超聲換能組件、變幅桿和攪拌工具。一種超聲攪拌摩擦焊接系統，其包括一體化超聲攪拌摩擦焊接刀柄、超聲波發生器和分離式滑環。本實用新型在保持刀柄本體的外形尺寸不變的基礎上，充分利用刀柄本體的內部空間來設置超聲換能組件，能大幅度的縮短超聲換能組件的傳播途徑，將超聲能量直接作用于焊接區域，進而降低超聲能量的損失，提高焊接效果；同時在變幅桿上一體成形有安裝法蘭，有效減少超聲能量傳遞的損失和簡化結構，進一步提高超聲能量傳遞，另外通過通孔能方便對變幅桿和壓電陶瓷片進行快速降溫，確保長時間正常工作。

技術領域

本實用新型涉及超聲刀柄技術領域，特別涉及一種一體化超聲攪拌摩擦焊接刀柄及其超聲攪拌摩擦焊接系統。

背景技術

攪拌摩擦焊在1991年由英國焊接研究所發明，是一種綠色無污染的固相焊接技術。具有焊接變形小、在控制焊接缺陷、提高接頭強度、改善接頭疲勞性能具有突出優勢，已經在航天航空、汽車制造、電力電子等領域有著廣泛的應用。

為了使材料升溫高軟化并產生塑性流動，需要攪拌頭與工件接觸摩擦旋轉產生大量的熱量，這會導致焊接過程較大的軸向壓力和前進阻力、刀具磨損嚴重等問題。對焊接設備和工裝夾具提出很高的要求。而利用超聲能量的對材料的軟化效應，加入聲能夠減少軸向力、提高塑性流動、接頭力學性能，降低焊接缺陷，目前的超聲攪拌摩擦設備的超聲頭與攪拌工具都存在一個距離差，由于聲波的傳播存在反射和能量衰減的特性，實際到達焊縫的能量將大大降低，不能實現超聲的高效傳遞，以及較大程度發揮出超聲的作用。

實用新型內容

針對上述不足，本實用新型的目的在于，提供一種結構設計合理，能降低超聲能量的損失，提高焊接效果的一體化超聲攪拌摩擦焊接刀柄及其超聲攪拌摩擦焊接系統。

本實用新型為實現上述目的所采用的技術方案為：一種一體化超聲攪拌摩擦焊接刀柄，其包括刀柄本體、超聲換能組件、變幅桿和攪拌工具，所述刀柄本體上設有用來容納所述超聲換能組件的容納腔，所述變幅桿的尾端徑向增大形成與所述容納腔的開口相適配的安裝法蘭，所述變幅桿的前端設有螺孔，所述攪拌工具上設有與該螺孔相適配的螺桿，通過螺桿與螺孔實現裝配安裝的目的，以實現焊接攪拌工具的靈活更換。所述安裝法蘭安裝在所述容納腔的開口上，所述超聲換能組件位于所述容納腔內，且設置在所述變幅桿的尾端中心位置，所述安裝法蘭上設有讓所述容納腔的內部空間與外界相連通的通孔，使得容納腔和與外界空間相連通形成空氣對流，以方便對變幅桿和壓電陶瓷片進行降溫，確保長時間正常工作。合理將所述超聲換能組件設于所述容納腔內，內結構緊湊，質量輕，不影響刀柄本體的外形體積，可以適用于工業通用機床。

作為本實用新型的一種優選方案，所述變幅桿的尾端中心位置設有用來安裝所述超聲換能組件的凸臺，方便安裝，且能保證超聲能量的傳遞路徑，提升超聲能量傳遞效率，具有良好的工作性能。

作為本實用新型的一種優選方案，所述凸臺和安裝法蘭之間設有環形凹槽，有效降低傳遞至安裝法蘭的振動，使得安裝法蘭出現的振幅盡可能小，改善高速振動下的動平衡特性，提高加工精度。

作為本實用新型的一種優選方案，所述超聲換能組件包括蓋板、預緊螺釘和多片壓電陶瓷片，所述預緊螺釘依次穿過所述蓋板和多片壓電陶瓷片并固定在所述凸臺上形成整體化，保證工作過程中超聲能量傳遞的平穩性。

作為本實用新型的一種優選方案，所述攪拌工具包括依次連接的攪拌頭、軸肩和螺桿，所述攪拌頭和軸肩之間為圓弧過渡，結構設計合理。

作為本實用新型的一種優選方案，所述超聲換能組件的頻率達到20kHz時，所述安裝法蘭的振動為零。