CN105772931A - 一种带预热装置的搅拌摩擦焊接机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带预热装置的搅拌摩擦焊接机构，包括电机、搅拌头、热控制器、加热装置和冷却循环装置；所述电机输出轴与所述搅拌头的顶端固定连接，所述热控制器固定在所述搅拌头上，且加热装置与冷却循环装置均固定在所述搅拌头的内部；采用上述技术方案，实现了搅拌摩擦焊接机构内搅拌头的预加热，避免了搅拌头在“冷态”下直接搅拌造成的搅拌头的明显磨损，延长了搅拌头的使用寿命，且冷却循环装置的设置实现了搅拌头在搅拌过程中温度过高时的降温处理。
Description
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊接领域，尤其是一种减少搅拌头磨损、延长搅拌头使用寿命的带预热装置的搅拌摩擦焊接机构。
背景技术
搅拌摩擦焊是铝合金、镁合金等金属材料优选的焊接方法，并开始应用在塑化件的焊接过程中。搅拌摩擦焊的基本原理为：高速旋转的搅拌头插入被焊工件后沿焊接方向运动，利用搅拌头与接触部位产生摩擦热，使被焊工件局部塑化，塑化的材料在搅拌头轴肩与搅拌针的搅拌及挤压作用下形成致密的固相焊缝。整个焊接过程包括搅拌头旋转、插入、热塑化和平移焊接四个阶段，在搅拌头插入被焊工件阶段，由于搅拌头和被焊工件均为“冷态”，被焊工件硬度大会导致搅拌头出现较为明显的磨损，而在后续焊接阶段，被焊工件被充分加热而软化，两者之间磨损很小，搅拌头主要由搅拌针、轴肩和夹持区等部分组成，制作成本高昂，插入阶段的磨损降低了搅拌头的使用寿命，降低了搅拌摩擦焊接技术的经济效益。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种减少搅拌头磨损、延长搅拌头使用寿命的带预热装置的搅拌摩擦焊接机构。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种带预热装置的搅拌摩擦焊接机构，包括电机、搅拌头、热控制器、加热装置和冷却循环装置；
所述搅拌头包括与所述电机的输出轴夹持固定的夹持区、与所述夹持区的下端固定连接的轴肩以及与所述轴肩下表面中心固定连接的搅拌针，所述轴肩的中心轴线与所述搅拌针的中心轴线重合，且所述搅拌针及轴肩的内部沿其中心轴线方向设有一加热腔；
所述热控制器固定在所述搅拌头上；
所述加热装置包括金属棒状加热元件、温度传感器以及固定在该搅拌头上的电源，所述加热元件插在所述加热腔内，并与该加热腔的内壁相接触，该加热元件通过一控制开关与所述电源连接，且该控制开关的控制端与所述热控制器信号连接，所述温度传感器固定在所述轴肩与搅拌针的连接处，并与所述热控制器信号连接；
所述冷却循环装置包括水室、循环通道和与所述热控制器信号连接的小型水泵，所述水室位于所述夹持区的内部，其下端设有分别与所述循环通道的入口和出口连通的出水口和入水口，所述小型水泵位于所述水室内部，且其出水管与所述出水口的内端密封连通，所述循环通道伸入所述轴肩的内部，并位于所述加热腔的两侧。
进一步，所述循环通道包括一对相互平行的入水横管和出水横管以及一对矩形循环管，所述入水横管和出水横管分别位于所述轴肩上端的前后两侧，且该出水横管的中间部位设有一出口，入水横管的中间部位设有一入口，所述矩形循环管为一由三段水管首尾连通组装而成且竖直放置上端开口的矩形框，其中一矩形循环管上端前后两侧的管口分别与所述入水横管和出水横管一侧的管口密封连通，另一矩形循环管上端前后两侧的管口分别与所述入水横管和出水横管另一侧的管口密封连通。
本发明具有的优点和积极效果是：采用上述技术方案，实现了搅拌摩擦焊接机构内搅拌头的预加热，避免了搅拌头在“冷态”下直接搅拌造成的搅拌头的明显磨损，延长了搅拌头的使用寿命，且冷却循环装置的设置实现了搅拌头在搅拌过程中温度过高时的降温处理。
附图说明
图1是搅拌摩擦焊接机构工作示意图；
图2是带预热装置的搅拌摩擦焊接机构结构示意图。
图中：1、电机2、搅拌头21、夹持区22、轴肩23、搅拌针24、加热腔3、热控制器41、加热元件42、温度传感器5、冷却循环装置61、第一部件62、第二部件63、焊缝
具体实施方式
以下根据附图及具体实施例对本发明作出详细说明。
如图1和2所示，本发明包括电机1、搅拌头2、热控制器3、加热装置和冷却循环装置。
搅拌头2包括与电机1的输出轴夹持固定的夹持区21、与夹持区21的下端固定连接的轴肩22以及与轴肩22下表面中心固定连接的搅拌针23，轴肩22的中心轴线与搅拌针23的中心轴线重合，且搅拌针23及轴肩22的内部沿其中心轴线方向设有一加热腔24，以便于电机1带动夹持区21转动，夹持区21带动轴肩22转动，轴肩22带动搅拌针23转动。
热控制器3固定在搅拌头2上。
加热装置包括金属棒状加热元件41、温度传感器42以及固定在该搅拌头2上的电源，加热元件41插在加热腔24内，并与该加热腔24的内壁相接触，该加热元件41通过一控制开关与电源连接，且该控制开关的控制端与热控制器3信号连接，温度传感器42固定在轴肩22与搅拌针23的连接处，并与热控制器3信号连接，以便于加热元件41在热控制器3的控制下与电源连通或断开，在加热元件41与电源连通时，加热元件41发热，并通过加热腔24的内壁传递给轴肩22及搅拌针23，为搅拌头2预热，当搅拌针23及轴肩22在温度传感器42的测量下到达适宜温度后，加热元件41与电源断开，加热元件41停止加热。
冷却循环装置5包括水室、循环通道和与热控制器3信号连接的小型水泵，热控制器3控制小型水泵的工作状态，水室位于夹持区21的内部，其下端设有分别与循环通道的入口和出口连通的出水口和入水口，小型水泵位于水室内部，且其出水管与出水口的内端密封连通，循环通道伸入轴肩22的内部，并位于加热腔24的两侧，以便于在搅拌头2过热时，冷却循环装置5内持续冷却水的循环，为搅拌头2降温。
循环通道包括一对相互平行的入水横管和出水横管以及一对矩形循环管，入水横管和出水横管分别位于轴肩22上端的前后两侧，且该出水横管的中间部位设有一出口，入水横管的中间部位设有一入口，矩形循环管为一由三段水管首尾连通组装而成且竖直放置上端开口的矩形框，其中一矩形循环管上端前后两侧的管口分别与入水横管和出水横管一侧的管口密封连通，另一矩形循环管上端前后两侧的管口分别与入水横管和出水横管另一侧的管口密封连通。
将本发明应用于第一部件和第二部件之间的焊接，其工作过程为：
(1)将水室中充满水，以便于后续中对搅拌头2冷却时使用；
(2)将搅拌头2移动至第一部件61和第二部件62之间的焊缝63的起始端的上方，打开热控制器3，热控制器3控制加热元件41为搅拌头2加热，当加到一定温度后，加热元件41停止加热，该温度比第一部件61和第二部件62的熔点高2到5摄氏度；
(3)将搅拌头2插入焊缝63的起始端内，并以300r/min～1000r/min的较低转速旋转搅拌头2，使搅拌头2的轴肩22与第一部件61和第二部件62靠近焊缝63的部位接触，热量传导至第一部件61和第二部件62的该部位，并且由于摩擦产生的热量也传至该部位，使第一部件61和第二部件62靠近焊缝63的部位充分软化；
(4)搅拌头2在焊缝63内继续以300r/min～1000r/min的旋转速度旋转，并以40mm/min～200mm/min的速度向焊缝63终止端运动，在搅拌头2焊接的过程中，由于摩擦生热，搅拌头2的温度上升至一个较高值，当搅拌头2温度超过某一值时，热控制器3控制小型水泵开始工作，小型水泵将水室中的冷却水由出水口循环通道的入口，流经搅拌头2内部的前端并由循环通道的出口经水室的入水口进入水室，将搅拌头2前端的部分热量由冷却水带出，完成对搅拌头2的降温，该搅拌头2运动至焊缝63终止处时完成焊接。
本发明既实现了对搅拌头2的预加热，避免了搅拌头在“冷态”下直接搅拌造成的搅拌头2的明显磨损，延长了搅拌头2的使用寿命，又实现了在搅拌头2搅拌过程中温度过高时的降温处理
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (2)
1.一种带预热装置的搅拌摩擦焊接机构，其特征在于：包括电机(1)、搅拌头(2)、热控制器(3)、加热装置和冷却循环装置(4)；
所述搅拌头(2)包括与所述电机(1)的输出轴夹持固定的夹持区(21)、与所述夹持区(21)的下端固定连接的轴肩(22)以及与所述轴肩(22)下表面中心固定连接的搅拌针(23)，所述轴肩(22)的中心轴线与所述搅拌针(23)的中心轴线重合，且所述搅拌针(23)及轴肩(22)的内部沿其中心轴线方向设有一加热腔(24)；
所述热控制器(3)固定在所述搅拌头(2)上；
所述加热装置包括金属棒状加热元件(41)、温度传感器(42)以及固定在该搅拌头(2)上的电源，所述加热元件(41)插在所述加热腔(24)内，并与该加热腔(24)的内壁相接触，该加热元件(41)通过一控制开关与所述电源连接，且该控制开关的控制端与所述热控制器(3)信号连接，所述温度传感器(42)固定在所述轴肩(22)与搅拌针(23)的连接处，并与所述热控制器(3)信号连接；
所述冷却循环装置(5)包括水室、循环通道和与所述热控制器(3)信号连接的小型水泵，所述水室位于所述夹持区(21)的内部，其下端设有分别与所述循环通道的入口和出口连通的出水口和入水口，所述小型水泵位于所述水室内部，且其出水管与所述出水口的内端密封连通，所述循环通道伸入所述轴肩(22)的内部，并位于所述加热腔(24)的两侧。
2.根据权利要求1所述的带预热装置的搅拌摩擦焊接机构，其特征在于：所述循环通道包括一对相互平行的入水横管和出水横管以及一对矩形循环管，所述入水横管和出水横管分别位于所述轴肩(22)上端的前后两侧，且该出水横管的中间部位设有一出口，入水横管的中间部位设有一入口，所述矩形循环管为一由三段水管首尾连通组装而成且竖直放置上端开口的矩形框，其中一矩形循环管上端前后两侧的管口分别与所述入水横管和出水横管一侧的管口密封连通，另一矩形循环管上端前后两侧的管口分别与所述入水横管和出水横管另一侧的管口密封连通。
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| CN201410821485.0A CN105772931A (zh) | 2014-12-25 | 2014-12-25 | 一种带预热装置的搅拌摩擦焊接机构 |
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| CN201410821485.0A CN105772931A (zh) | 2014-12-25 | 2014-12-25 | 一种带预热装置的搅拌摩擦焊接机构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105772931A true CN105772931A (zh) | 2016-07-20 |
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ID=56377006
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| CN201410821485.0A Pending CN105772931A (zh) | 2014-12-25 | 2014-12-25 | 一种带预热装置的搅拌摩擦焊接机构 |
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|---|---|
| CN (1) | CN105772931A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108015406A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-05-11 | 杨立志 | 一种循环水冷搅拌摩擦焊接装置 |
| CN114951959A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-08-30 | 河北科技大学 | 一种搅拌摩擦焊接工具 |
-
2014
- 2014-12-25 CN CN201410821485.0A patent/CN105772931A/zh active Pending
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| CN108015406A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-05-11 | 杨立志 | 一种循环水冷搅拌摩擦焊接装置 |
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160720 |