CN106001900A - 一种自动填充式单轴肩搅拌摩擦头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动填充式单轴肩搅拌摩擦头，包括移动压板和搅拌头，所述移动压板与搅拌头通过固定杆连接，所述搅拌头内设有填充孔，填充孔内设有填充棒，填充孔末端设有限制填充棒移动的限位凸台，在移动压板上设有将推进填充棒移动的推进装置。本发明的一种自动填充式单轴肩搅拌摩擦头，焊接时搅拌头下压至焊接位置，轴肩与工件摩擦，产生的热量使填充孔中填充棒的下端部软化，在弹簧压力的强迫作用下，软化后的填充材料进入到焊缝中，从而达到弥补焊接过程中材料的损失的目的，继而提高焊缝强度。

Description

一种自动填充式单轴肩搅拌摩擦头
技术领域
本发明涉及一种自动填充式单轴肩搅拌摩擦头，属于焊接领域。
背景技术
自英国焊接研究所(TWI)于1991年发明了搅拌摩擦焊接方法以来，这项技术因其焊接变形小、残余应力小，无需保护气体和填充材料，可消除气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷，以及不产生弧光、烟尘、噪音污染等，同时能显著降低成本、节省材料、优化结构、减轻飞行器的结构重量等特点受到各国科研机构的关注。由于这项技术具有很多其他方法所不具备的显著特点，它很快就被用于航天领域，新一代运载火箭芯级贮箱筒段纵缝的焊接就是选用这种方法。尽管利用搅拌摩擦焊接方法可以获得高质量的焊接接头，但是在工程实际操作中，经常会有焊缝缺陷以及焊缝尾部出现“匙孔”。工程上用来解决搅拌摩擦焊缝“匙孔”和焊缝缺陷的方法主要有：熔焊和摩擦塞焊。熔焊一般选用钨极氩弧焊填丝的方式来实现，摩擦塞焊实际上是耗材摩擦焊接，工具为旋转移动的塞棒，摩擦使具有缺陷的焊缝和塞棒处于塑性状态，塞棒急停并对其施加顶锻力，形成焊缝。如专利(申请号：CN200910308559.X)所描述，但是这种方法与常规搅拌摩擦焊原理相差较多，且需要焊前准备工作繁琐、难以保证焊缝前后强度一致性，难于在普通搅拌摩擦焊设备上实现，同时这种方法也失去了搅拌摩擦焊接的表面光洁、搅拌头可重复利用的优点。因此设计出一种既具备传统搅拌摩擦头焊接功能、又能最大程度地避免焊缝隧道缺陷的搅拌头，成为了一个新的重要任务。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种自动填充式单轴肩搅拌摩擦头，焊接时搅拌头下压至焊接位置，轴肩与工件摩擦，产生的热量使填充孔中填充棒的下端部软化，在弹簧压力的强迫作用下，软化后的填充材料进入到焊缝中，从而达到弥补焊接过程中材料的损失的目的，继而提高焊缝强度。
技术方案：为实现上述目的，本发明的自动填充式单轴肩搅拌摩擦头，包括移动压板和搅拌头，所述移动压板与搅拌头通过固定杆连接，所述搅拌头内设有填充孔，填充孔内设有填充棒，填充孔末端设有限制填充棒移动的限位凸台，在移动压板上设有将推进填充棒移动的推进装置。
作为优选，所述推进装置包含导杆和弹簧，导杆一端与移动压板连接，另一端插入填充孔内，在导杆上套有推动填充棒移动的弹簧。
作为优选，所述弹簧与填充棒之间设有T型顶塞。
作为优选，所述填充棒完全消耗完之后，弹簧的总压缩力不小于3kg。
作为优选，所述固定杆的头部设有螺纹，移动压板通过锁紧螺母固定在固定杆上。
作为优选，所述固定杆通过螺纹与搅拌头连接。
作为优选，所述填充棒与被焊接工件的材质相同。
在本发明中，移动压板表面有螺纹结构，用于螺杆与压板的定位；螺母、垫片装在固定杆上，移动压板、弹簧导杆用于固定弹簧；在螺母与螺纹导柱和移动压板配合下，可以调节移动压板相对搅拌头的位置，压缩弹簧下端套入T型顶塞，给填充棒提供下压力，使填充棒沿着填充孔向下填充。该自动填充式单轴肩搅拌摩擦头装置结构简单、实用性强、成本低廉、容易实现且装配方便，便于搅拌摩擦过程中添补材料，弥补焊缝区域缺陷孔洞。
有益效果：本发明的自动填充式单轴肩搅拌摩擦头，具有以下优点：
(1)这是一种新式的单轴肩搅拌摩擦焊工具，不需要破坏搅拌头的整体结构，搅拌头可重复使用，同时既发挥了传统摩擦焊的优点，又具有耗材量小的特点。
(2)焊接过过程中填充金属可以顺利进入焊缝，这有利于进一步提高焊接质量，且填充金属的成分根据具体的焊接要求可以方便更改。
(3)结构简单、实用性强，该自动填充式搅拌摩擦工具部件较少、成本低廉、容易实现且装配方便，这对于其推广与应用具有重要的现实意义。
附图说明
图1为本发明的结构头示意图。
图2为搅拌头示意图。
图3为图2的B-B剖视示意图。
图4为T型顶塞示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1至图4所示，本发明的自动填充式单轴肩搅拌摩擦头，包括移动压板2和搅拌头5，所述移动压板2与搅拌头5通过固定杆3连接，搅拌头5包含螺纹盲孔13、装夹平台11和键槽，固定杆3为全螺纹螺杆，与搅拌头5上部中心的螺纹孔相配合，压板正中为通孔，旋转锁紧螺母1，可调节压板与搅拌头5的距离，所述搅拌头5内设有填充孔10，填充孔10内设有填充棒6，填充孔10末端设有限制填充棒6移动的限位凸台12，在移动压板2上设有将推进填充棒6移动的推进装置，所述推进装置包含导杆8和弹簧4，导杆8一端与移动压板2连接，另一端插入填充孔10内，在导杆8上套有推动填充棒6移动的弹簧4，所述弹簧4与填充棒6之间设有T型顶塞7。
在本发明中，搅拌头5选择高温合金进行加工，T型顶塞7选择高温合金进行加工，相应表面加工槽，移动压板2、固定杆3和导杆8采用普通钢材加工。
本发明的自动填充式单轴肩搅拌摩擦头的安装方法如下：
(1)将搅拌头5与固定杆3配合安装；
(2)在填充孔中放置两根长度合适的填充棒6；
(3)将移动压板2与弹簧导杆8配合安装；
(4)将弹簧4的一头安装T型顶塞7，一头套在弹簧导杆8上，再将第一压力传感器14和第二压力传感器15套在弹簧导杆8上，组成弹簧导杆系统；
(5)将弹簧导杆系统插入搅拌头5的填充孔中，抵住填充棒7，同时固定杆3穿过移动压板2中间的通孔；
(6)将垫片9套入固定杆3，紧贴在移动压板2上方
(7)将锁紧螺母1与固定杆3配合，旋转拧至移动压板2使弹簧4压缩，当移动压板2低至所需距离，锁死锁紧螺母1。弹簧4的压缩量根据以下原则确定：当填充棒6完全被消耗后，弹簧的总压缩力仍有3kg
在单轴肩搅拌摩擦焊接过程中，由于焊接工件表面或其他原因导致搅拌头的压入深度不能保持恒定值，从而使焊接区域的工件厚度不均匀，最终导致焊接区域金属出现孔洞、隧道缺陷。为了保证焊缝内部材质统一，填充棒料与被焊工件同材质。
以6061铝合金单轴肩搅拌摩擦焊接为例，填充棒6也为6061铝合金。
该搅拌摩擦焊具准备焊接的主要流程与步骤：
(1)选择合适材料的填充棒6放入填充孔10中；
(2)将搅拌摩擦焊工具装配完成并安装在搅拌摩擦焊机上；
(3)启动焊机主电机，使搅拌摩擦焊具旋转；
(4)正式开始焊接；
(5)焊接过程中，当第一压力传感器14和第二压力传感器15输出的平均值没有发生改变时，需加大旋转速度或降低焊接速度。
(6)焊接结束后，为了防止导致填充棒6粘在填充孔上，需要准备一定的氢氧化钠水溶液浸泡搅拌头，最后拆卸部件，更换填充棒6，即可重复使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自动填充式单轴肩搅拌摩擦头，其特征在于：包括移动压板和搅拌头，所述移动压板与搅拌头通过固定杆连接，所述搅拌头内设有填充孔，填充孔内设有填充棒，填充孔末端设有限制填充棒移动的限位凸台，在移动压板上设有将推进填充棒移动的推进装置。
2.根据权利要求1所述的自动填充式单轴肩搅拌摩擦头，其特征在于：所述推进装置包含导杆和弹簧，导杆一端与移动压板连接，另一端插入填充孔内，在导杆上套有推动填充棒移动的弹簧。
3.根据权利要求2所述的自动填充式单轴肩搅拌摩擦头，其特征在于：所述弹簧与填充棒之间设有T型顶塞。
4.根据权利要求2或3所述的自动填充式单轴肩搅拌摩擦头，其特征在于：所述填充棒完全消耗完之后，弹簧的总压缩力不小于3kg。
5.根据权利要求1所述的自动填充式单轴肩搅拌摩擦头，其特征在于：所述固定杆的头部设有螺纹，移动压板通过锁紧螺母固定在固定杆上。
6.根据权利要求1所述的自动填充式单轴肩搅拌摩擦头，其特征在于：所述固定杆通过螺纹与搅拌头连接。
7.根据权利要求1所述的自动填充式单轴肩搅拌摩擦头，其特征在于：所述填充棒与被焊接工件的材质相同。
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