CN108568590B - 一种具有自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩及焊接方法，所述的静止轴肩包括平行设置的轴肩本体和支撑轴肩，通过垂直设置的侧向轴肩相连，通过连接件将所述的支撑轴肩和所述的侧向轴肩与所述的轴肩本体可拆卸的连接；焊接时，所述的轴肩本体的下端面与所述的支撑轴肩的上端面分别与所焊接的焊接板的上表面和下表面紧密接触。本发明根据窄端焊接板的厚度和宽度，将自支撑式静止轴肩设计为包含底端轴肩、侧向轴和支撑轴肩三部分，焊接过程中，自支撑式静止轴肩的底端轴肩面、侧向轴肩面以及支撑轴肩面分别与被焊接件的上表面、侧表面以及下表面完全贴合且紧密接触，实现了对被焊接件的焊接，而且该自支撑式静止轴肩安装方便且适用性广。
Description
技术领域
本发明属于领域，具体涉及一种具有自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩及焊接方法。
背景技术
自搅拌摩擦焊技术于1991年被英国焊接研究所发明以来，因其热输入低、焊接变形小、焊缝微观组织及力学性能良好等诸多优点，己被广泛应用在航空、航天、高速舰船、汽车工业、高速列车等制造领域。
为了克服传统搅拌摩擦焊技术沿板厚方向温度均匀性差、焊接表面易过热以及焊接减薄等局限性，英国焊接研究所在传统FSW基础上将轴肩与搅拌针分离，开发出静止轴肩搅拌摩擦焊技术。现有《静止轴肩搅拌摩擦焊装置》(CN201610506741.6)，提出了一种实现轴肩静止的搅拌摩擦焊装置，适合于焊接热输入敏感的材料；现有《一种搅拌摩擦焊的静止轴肩焊接装置》(CN201420240365.7)，提出了一种用于平板对接的静止轴肩焊接装置，被挤入静止轴肩肩体的材料更方便、更容易清理；现有《一种焊后材料表面无减薄的新型搅拌摩擦焊焊具》(CN201610524886.9)，提出了一种用于平板对接的静止轴肩搅拌摩擦焊焊接装置，解决了搅拌摩擦焊焊后减薄的问题；现有《无倾角静止轴肩搅拌摩擦焊焊接工具》(CN201620629770.7)，提出了一种用于平板对接及任意角焊缝的无倾角静止轴肩搅拌摩擦焊焊接工具。
现有技术虽然均提出了采用静止轴肩搅拌摩擦焊技术焊接平板焊缝或角焊缝，但很难实现自支撑焊接。为解决搅拌摩擦焊自支撑的技术难题，现提出一种具有自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩和采用该轴肩进行焊接的方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种具有自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩及焊接方法。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种具有自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩，所述的静止轴肩包括平行设置的轴肩本体和支撑轴肩，通过垂直设置的侧向轴肩相连，通过连接件将所述的支撑轴肩和所述的侧向轴肩与所述的轴肩本体可拆卸的连接；焊接时，所述的轴肩本体的下端面与所述的支撑轴肩的上端面分别与所焊接的焊接板的上表面和下表面紧密接触。
作为本发明的进一步改进，所述的轴肩本体与所述的支撑轴肩共轴线设置。
进一步，所述的支撑轴肩的直径与所述的轴肩本体下端面的直径相同。
作为本发明的进一步改进，所述的侧向轴肩包括与所述的支撑轴肩或所述的轴肩本体下端面曲率相同的弧形面和与焊接板相接触的侧平面。
作为本发明的进一步改进，还包括安装在静止轴肩中心轴位置的搅拌头，其中，与所述的侧向轴肩相接触的焊接板的宽度介于所述的搅拌头的任意一点到所述的侧平面的最大垂直距离和最小垂直距离之间。
作为本发明的进一步改进，所述的轴肩本体、侧向轴肩和支撑轴肩上分别设置固定孔、第一贯穿孔和第二贯穿孔，在垂直方向上，所述的固定孔、第一贯穿孔和第二贯穿孔相互连通，用于插入连接件。
作为本发明的进一步改进，所述的轴肩本体和支撑轴肩与不同尺寸的侧向轴肩相连，不同尺寸的侧向轴肩中所述的第一贯穿孔的圆心到所述的弧形面最高点的垂直距离相同。
一种焊接方法，通过以上所述的静止轴肩完成搅拌摩擦焊。
本发明的有益效果：本发明根据窄端焊接板的厚度和宽度的变化，将自支撑式静止轴肩设计底端轴肩、侧向轴肩以及支撑轴肩三部分，焊接过程中，自支撑式静止轴肩的底端轴肩面、侧向轴肩面以及支撑轴肩面分别与被焊接件的上表面、侧表面以及下表面完全贴合且紧密接触，实现了对被焊接件的焊接，而且该自支撑式静止轴肩安装方便且适用性广。
附图说明
图1为自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩的结构示意图；
图2为侧向轴肩的结构示意图；
图3为本发明的静止轴肩与搅拌头固定相连的立体结构示意图；
图4为本发明的的静止轴肩与搅拌头固定相连的结构剖视示意图；
图5为具有边缘焊缝焊接件示意图；
图6为对照实施例所使用边缘焊缝搅拌摩擦焊用静止轴肩焊接方法示意图；
其中：1-静止轴肩，11-轴肩本体，110-固定孔，12-侧向轴肩，120-第一贯穿孔，121-弧形面，122-侧平面，13-支撑轴肩，130-第二贯穿孔，2-搅拌头，3-焊接板，4-连接件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1-6所示的本发明所设计的具有自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩1，所述的静止轴肩1包括平行设置的轴肩本体11和支撑轴肩13，通过垂直设置的侧向轴肩12相连，通过连接件4将所述的支撑轴肩13和所述的侧向轴肩12与所述的轴肩本体11可拆卸的连接。
具体的为，所述的轴肩本体11、侧向轴肩12和支撑轴肩13上分别设置固定孔110、第一贯穿孔120和第二贯穿孔130，在垂直方向上，所述的固定孔110、第一贯穿孔120和第二贯穿孔130相互连通，用于插入连接件4。例如，所述的连接件4为固定螺杆，在所述的第一贯穿孔120和固定螺杆上设置了相互配合的螺纹结构。
本发明的一种实施例中，所述的轴肩本体11与所述的支撑轴肩13是共轴线设置。同时所述的支撑轴肩13的直径与所述的轴肩本体11下端面的直径相同。焊接时，需要确保所述的轴肩本体11的下端面与所述的支撑轴肩13的上端面分别与所焊接的焊接板3的上表面和下表面紧密接触。焊接过程中，焊接板3的尺寸不断发生变化，由于所述的轴肩本体11和支撑轴肩13的尺寸是固定不变的，因此主要通过更换不同的侧向轴肩12以适应于焊接板3尺寸的变化。
所述的侧向轴肩12包括与所述的支撑轴肩13或所述的轴肩本体11下端面曲率相同的弧形面121和与焊接板3相接触的侧平面122。所选用的侧向轴肩12的垂直高度与焊接板3的厚度相等，侧向轴肩12的弧形面121与侧平面122之间的高度差与焊接板3板的宽度相适应。具体的为，焊接时，用于插入焊缝位置处的搅拌头2位于静止轴肩1中心轴的位置，为了保证所形成焊缝结合的紧密性，在与侧向轴肩12相接触的一侧的焊接板3的宽度介于所述的搅拌头2的任意一点到所述的侧平面122的最大垂直距离和最小垂直距离之间。
另外，为了能够保证不同型号的侧向轴肩12能够与所述的轴肩本体11和支撑轴肩13紧密相连，所述的固定孔110和所述的第二贯穿孔130在所述的轴肩本体11和所述的支撑轴肩13上的位置是固定不变的，对于不同型号的侧向轴肩12中第一贯穿孔120的圆心到弧形面121最高点之间的距离是固定不变的。
根据以上所述的静止轴肩1完成搅拌摩擦焊的方法，包括以下步骤：首先根据焊接板3的厚度和宽度选择合适的侧向轴肩12，并与轴肩本体11和支撑轴肩13相连组装成自撑式静止轴肩1，然后将搅拌头2通过自支撑式静止轴肩1的贯穿孔14固定在一起组装成搅拌摩擦焊焊具；最后将搅拌头2对准焊缝中心的位置、下压直至自支撑式静止轴肩1底端轴肩面111上的任意一点低于焊接板3的上表面0-0.1mm，之后完成焊接。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种具有自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩，其特征在于：所述的静止轴肩(1)包括平行设置的轴肩本体(11)和支撑轴肩(13)，通过垂直设置的侧向轴肩(12)相连，通过连接件(4)将所述的支撑轴肩(13)和所述的侧向轴肩(12)与所述的轴肩本体(11)可拆卸的连接；焊接时，所述的轴肩本体(11)的下端面与所述的支撑轴肩(13)的上端面分别与所焊接的焊接板(3)的上表面和下表面紧密接触。
2.根据权利要求1所述的一种具有自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩，其特征在于：所述的轴肩本体(11)与所述的支撑轴肩(13)共轴线设置。
3.根据权利要求2所述的一种具有自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩，其特征在于：所述的支撑轴肩(13)的直径与所述的轴肩本体(11)下端面的直径相同。
4.根据权利要求3所述的一种具有自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩，其特征在于：所述的侧向轴肩(12)包括与所述的支撑轴肩(13)或所述的轴肩本体(11)下端面曲率相同的弧形面(121)和与焊接板(3)相接触的侧平面(122)。
5.根据权利要求4所述的一种具有自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩，其特征在于：还包括安装在静止轴肩(1)中心轴位置的搅拌头(2)，其中，与所述的侧向轴肩(12)相接触的焊接板(3)的宽度介于所述的搅拌头(2)的任意一点到所述的侧平面(122)的最大垂直距离和最小垂直距离之间。
6.根据权利要求4所述的一种具有自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩，其特征在于：所述的轴肩本体(11)、侧向轴肩(12)和支撑轴肩(13)上分别设置固定孔(110)、第一贯穿孔(120)和第二贯穿孔(130)，在垂直方向上，所述的固定孔(110)、第一贯穿孔(120)和第二贯穿孔(130)相互连通，用于插入连接件(4)。
7.根据权利要求6所述的一种具有自撑式结构的搅拌摩擦焊用静止轴肩，其特征在于：所述的轴肩本体(11)和支撑轴肩(13)与不同尺寸的侧向轴肩(12)相连，不同尺寸的侧向轴肩(12)中所述的第一贯穿孔(120)的圆心到所述的弧形面(121)最高点的垂直距离相同。
8.一种焊接方法，其特征在于：应用权利要求1-6任一项所述的静止轴肩(1)完成搅拌摩擦焊。
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