CN101559531A - 一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具 - Google Patents

Abstract

一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，它涉及一种搅拌摩擦焊焊具。本发明解决了现有的搅拌摩擦焊焊具在焊接过程中易产生飞边、焊缝表面光洁度差和应力集中的问题。本发明的定位垫环位于台肩端面和U字形钢丝刷座之间，U字形钢丝刷座与轴肩上部固接，多根不锈钢丝束的上端固装在U字形钢丝刷座内，多根不锈钢丝束通过编织不锈钢丝编制在一起，多根不锈钢丝束的下端伸出轴肩的底面，支承垫环和定位螺母由上至下固装在轴肩上部。本发明清除了焊缝两侧的飞边、改善了焊缝表面的光洁度、细化了表面晶粒并且消除了应力集中。本发明多功能焊具设计简单、调节方便，并保证了各种铝合金、镁合金和铜合金等材料的搅拌摩擦焊焊缝质量。

Description

一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦焊焊具，具体涉及一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具。

背景技术

搅拌摩擦焊(FSW)是1991年在英国焊接研究所(TWI)发明的一种新的固相连接方法，该发明的专利号为US5460317，该方法的基本过程是一个由搅拌针和轴肩组成的非消耗焊具(搅拌头)高速旋转使搅拌针插入预连接板之间，当轴肩与工件表面接触后，利用搅拌头的强烈摩擦和搅拌作用，使焊接焊缝区金属处于热塑性状态并被破碎和混合，在一定的压力作用下被连接在一起，搅拌头沿焊缝方向高速旋转并挤压，在搅拌头的后方形成焊缝，实现固相连接。搅拌针的作用是搅动焊缝区的被塑化的材料，使其产生塑性流变和混合，轴肩的作用是对由搅拌针搅动变形的材料施加锻造作用，从而形成致密无缺陷的焊缝。搅拌头是搅拌摩擦焊工艺中的关键部件之一，要求具有高强、耐磨、隔热和耐高温等性能。对于铝合金、镁合金和铜合金等材料的焊接，从提高焊接速度的角度来讲，需要提高搅拌强度，即提高搅拌转速和加大顶锻力，以提高单位时间内由机械能转变来的热量，但搅拌强度的提高会使表层塑性金属在压力和离心力的作用下从搅拌头肩边沿溢出形成飞边，影响焊接质量，对于厚板的焊接这种现象尤为严重。飞边的存在致使应力集中，将会降低焊缝的力学和耐腐蚀性能，而且焊缝表面凸凹不平的棱角也是腐蚀敏感区。

目前，去除飞边的方法一般为焊后机械打磨，这种方法不但延长了加工周期和劳动强度，而且引起搅拌摩擦焊工艺流程的中断。针对搅拌头及搅拌摩擦焊特点导致飞边的问题，专利号为ZL200520050618.5的实用新型专利采用了搅拌针与轴肩分体设计，并在轴肩端面内凹锥面上加工螺旋凸棱，焊接过程中在一定程度上防止了金属流失和飞边的产生，但并不能完全避免轴肩外边沿塑性金属的溢出而产生飞边。专利号为200710302169.2的发明专利采用了搅拌头基体和切削刀片相组合，在焊接过程中有效地去除了飞边，获得了高质量的表面平整光滑的焊缝，但切削刀片呈刚性状态，当轴肩压入量发生变化时容易损伤被焊材料的表面和损伤刀具，且专用组合刀具大大增加了搅拌头设计与加工成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的搅拌摩擦焊焊具在焊接过程中易产生飞边、焊缝表面光洁度差和应力集中的问题，进而提供一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具。

本发明的技术方案是：一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具包括搅拌头基体，所述搅拌头基体由圆柱形夹持体、圆柱形连接体和搅拌针组成，所述圆柱形夹持体、圆柱形连接体和搅拌针同轴由上至下依次制成一体，所述搅拌针与圆柱形连接体的交界处形成定位台肩端面，所述圆柱形夹持体的侧面上制有防松紧固面，所述圆柱形连接体上开有环形隔热散热槽；所述搅拌针由轴肩和针体组成，所述轴肩和针体同轴由上至下制成一体，所述焊具还包括钢丝刷结构体、定位垫环和定位螺母，所述钢丝刷结构体由U字形钢丝刷座、多根编织不锈钢丝、多根不锈钢丝束和支承垫环组成，所述定位垫环位于台肩端面和U字形钢丝刷座之间，所述U字形钢丝刷座与轴肩上部固接，所述多根不锈钢丝束的上端固装在U字形钢丝刷座内，所述多根不锈钢丝束通过多根编织不锈钢丝编制在一起，所述多根不锈钢丝束的下端伸出轴肩的底面，所述支承垫环和定位螺母由上至下固装在轴肩上部。

本发明具有以下有益效果：本发明在搅拌摩擦焊过程中，采用与搅拌头组合设计的不锈钢钢丝刷对仍处于高温状态的焊缝进行抛光处理，清除焊缝两侧的飞边、改善焊缝表面的光洁度、细化表面晶粒、消除应力集中是本发明独具的特点。这种随焊抛光钢丝刷可跟随搅拌头焊接任何长度的直焊缝、曲线焊缝，实现焊缝表面质量的随焊控制。本发明的多功能搅拌头设计简单，调节方便，能保证各种铝合金、镁合金和铜合金等材料的搅拌摩擦焊焊缝质量。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视剖视图(轴肩上部为锥台形结构体)，图2是图1的a处局部放大图，图3是本发明的整体结构主视剖视图(轴肩上部为圆柱形结构体)，图4是图3的b处局部放大图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式的一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具包括搅拌头基体，所述搅拌头基体由圆柱形夹持体3、圆柱形连接体4和搅拌针1组成，所述圆柱形夹持体3、圆柱形连接体4和搅拌针1同轴由上至下依次制成一体，所述搅拌针1与圆柱形连接体4的交界处形成定位台肩端面4-2，所述圆柱形夹持体3的侧面上制有防松紧固面3-1，所述圆柱形连接体4上开有环形隔热散热槽4-1；所述搅拌针1由轴肩1-1和针体1-2组成，所述轴肩1-1和针体1-2同轴由上至下制成一体，所述焊具还包括钢丝刷结构体2、定位垫环6和定位螺母9，所述钢丝刷结构体2由U字形钢丝刷座2-1、多根编织不锈钢丝2-2、多根不锈钢丝束2-3和支承垫环2-4组成，所述定位垫环6位于台肩端面4-2和U字形钢丝刷座2-1之间，所述U字形钢丝刷座2-1与轴肩1-1上部固接，所述多根不锈钢丝束2-3的上端固装在U字形钢丝刷座2-1内，所述多根不锈钢丝束2-3通过多根编织不锈钢丝2-2编制在一起，所述多根不锈钢丝束2-3的下端伸出轴肩1-1的底面，所述支承垫环2-4和定位螺母9由上至下固装在轴肩1-1上部。

具体实施方式二：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式的多根不锈钢丝束2-3的上端均匀固装在U字形钢丝刷座2-1内。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式的多根不锈钢丝束2-3的下端伸出轴肩1-1底面的长度L为2mm～6mm，多根不锈钢丝束2-3下端的内侧距离轴肩1-1的径向距离H为3mm～15mm，所述多根不锈钢丝束2-3的整体宽度K为5mm～10mm。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的轴肩1-1上部为锥台形结构体。如此设置，有效防止钢丝刷结构体2与轴肩1-1的相对滑动。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的轴肩1-1上部的锥面上均匀制有多根条纹1-1-1，每根条纹1-1-1均沿锥台形结构体的母线设置。如此设置，更加有效地防止了钢丝刷结构体2与轴肩1-1的相对滑动。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的轴肩1-1上部的锥面的母线与轴肩1-1的轴线之间的夹角α为5°～25°。如此设置，更加有效地防止了钢丝刷结构体2与轴肩1-1的相对滑动。其它组成和连接关系与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的轴肩1-1上部为圆柱形结构体，所述圆柱形结构体的表面上制有螺纹，支承垫环2-4和定位螺母9与轴肩1-1上部螺纹连接。如此设置，有效防止支承垫环2-4和定位螺母9与轴肩1-1的相对滑动。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的支承垫环2-4和定位螺母9与轴肩1-1上部螺纹连接的旋紧方向与焊具的旋转方向相反。如此设置，更加有效地防止了支承垫环2-4和定位螺母9与轴肩1-1的相对滑动。其它组成和连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式的支承垫环2-4的外径为26mm～32mm。如此设置，通过改变支承垫环2-4的外径来调整多根不锈钢丝束2-3下端的内侧距离轴肩1-1的径向距离。其它组成和连接关系与具体实施方式一、六或八相同。

Claims (8)

1、一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，它包括搅拌头基体，所述搅拌头基体由圆柱形夹持体(3)、圆柱形连接体(4)和搅拌针(1)组成，所述圆柱形夹持体(3)、圆柱形连接体(4)和搅拌针(1)同轴由上至下依次制成一体，所述搅拌针(1)与圆柱形连接体(4)的交界处形成定位台肩端面(4-2)，所述圆柱形夹持体(3)的侧面上制有防松紧固面(3-1)，所述圆柱形连接体(4)上开有环形隔热散热槽(4-1)；其特征在于：所述搅拌针(1)由轴肩(1-1)和针体(1-2)组成，所述轴肩(1-1)和针体(1-2)同轴由上至下制成一体，所述焊具还包括钢丝刷结构体(2)、定位垫环(6)和定位螺母(9)，所述钢丝刷结构体(2)由U字形钢丝刷座(2-1)、多根编织不锈钢丝(2-2)、多根不锈钢丝束(2-3)和支承垫环(2-4)组成，所述定位垫环(6)位于台肩端面(4-2)和U字形钢丝刷座(2-1)之间，所述U字形钢丝刷座(2-1)与轴肩(1-1)上部固接，所述多根不锈钢丝束(2-3)的上端固装在U字形钢丝刷座(2-1)内，所述多根不锈钢丝束(2-3)通过多根编织不锈钢丝(2-2)编制在一起，所述多根不锈钢丝束(2-3)的下端伸出轴肩(1-1)的底面，所述支承垫环(2-4)和定位螺母(9)由上至下固装在轴肩(1-1)上部。

2、根据权利要求1所述一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述多根不锈钢丝束(2-3)的上端均匀固装在U字形钢丝刷座(2-1)内。

3、根据权利要求1或2所述一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述多根不锈钢丝束(2-3)的下端伸出轴肩(1-1)底面的长度(L)为2mm～6mm，多根不锈钢丝束(2-3)下端的内侧距离轴肩(1-1)的径向距离(H)为3mm～15mm，所述多根不锈钢丝束(2-3)的整体宽度(K)为5mm～10mm。

4、根据权利要求1所述一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述轴肩(1-1)上部为锥台形结构体。

5、根据权利要求4所述一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述轴肩(1-1)上部的锥面上均匀制有多根条纹(1-1-1)，每根条纹(1-1-1)均沿锥台形结构体的母线设置。

6、根据权利要求1所述一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述轴肩(1-1)上部为圆柱形结构体，所述圆柱形结构体的表面上制有螺纹，支承垫环(2-4)和定位螺母(9)与轴肩(1-1)上部螺纹连接。

7、根据权利要求6所述一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述支承垫环(2-4)和定位螺母(9)与轴肩(1-1)上部螺纹连接的旋紧方向与焊具的旋转方向相反。

8、根据权利要求1、6或7所述一种随焊抛光多功能搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述支承垫环(2-4)的外径为26mm～32mm。

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