CN109175670A - 一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具 - Google Patents

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许辉
尹玉环
高嘉爽
赵慧慧
汤化伟
华寅淞
夏佩云
徐奎
张聃
李颖
马子奇
徐世俊
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding

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Abstract

本发明涉及一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具，包括：搅拌针、轴肩、轴承。搅拌针直接与主轴连接，共同旋转，轴肩通过轴承滚动与板材保持静止，能够在通用搅拌摩擦焊设备上快捷地实现静止轴肩搅拌摩擦焊。本发明提供的一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具，利用滚动轴承的支撑作用，实现搅拌工具轴肩的自静止，同时通过分体式独特型面轴肩设计，有效地解决了非等厚板材的搅拌摩擦焊的可焊性差、飞边严重、强度下降的问题，操作简单，适应性强。

Description

一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具
技术领域
本发明涉及焊接领域，具体是一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具。
背景技术
搅拌摩擦焊技术是一种非熔化焊接方法。该方法利用一种特殊工具——搅拌工具，高速旋转并插入待焊件中，搅拌工具与待焊件产生大量摩擦热，待金属处于塑性状态时开始行进，焊接过程中搅拌头将塑性状态金属引至其后方，在顶端压力下锻造形成致密焊缝。搅拌摩擦焊技术现已在特种加工领域大量应用，并在焊接铝/镁/铜板焊接领域有着独特的优势。
搅拌摩擦焊在焊接平板对接、搭接时很容易实现，但在焊接非等厚板材时，通常使用搅拌工具将较厚的板材碾压至与较薄的板材一致厚度后，再进行焊接，焊接过程中搅拌工具的压入量以较薄的板材为准，因此厚板一侧减薄现象严重，使工件抗拉强度下降显著，焊接过程中会产生严重的焊缝飞边缺陷，后续飞边去除工序需通过铣削或铲削去除，费时费力，同时板厚差超过一定程度后无法使用常规搅拌工具进行焊接，因此需对常规搅拌工具进行改进。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具，在焊接非等厚板材时，避免了普通搅拌工具对较厚板材的碾压，实现了焊缝的过渡成型，解决了缺少板厚差超过一定程度无法使用常规搅拌工具焊接的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的，一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具，基于常规搅拌摩擦焊接装置，包括搅拌针、轴肩和轴承，其中搅拌针直接通过轴套与主轴连接，由主轴驱动旋转、下压和前进，轴肩通过轴承滚动与板材保持静止，搅拌针通过轴承向轴肩传递下压力和前进力，能够在通用搅拌摩擦焊设备上快捷地实现静止轴肩搅拌摩擦焊，同时通过轴肩的型面设计，实现不等厚板材拼焊。
所述的搅拌工具为分体式，由搅拌针、轴肩以及轴承组成，搅拌针上部为夹持部分，与主轴直接连接，传递主轴的驱动力，同时针部采用螺纹以及三棱面形式，实现焊缝界面的破碎及塑形材料的转移。
所述的轴肩前部为与不等厚板材匹配的阶梯状，后部为一斜面，实现对被搅拌针塑化的金属的模锻成型。
所述的轴肩采用滚动轴承传动的形式，实现搅拌针转而轴肩不转，轴承需要能够承受一定的轴向和径向承载力，从而驱动轴肩下压力和前进力。
所述的轴承安装在轴肩中，能够限制搅拌针在轴向的位移，固定轴肩与搅拌针在轴向的相对位置。
所述的轴承与轴肩以及搅拌针采用过盈配合或侧面螺钉锁紧的方法，使搅拌工具在旋转下压过程中保持一体。
所述的搅拌针与轴肩在配合处间隙＜0.1mm，间隙内的搅拌针外圆设置螺旋状沟槽，在旋转时通过螺旋作用减少塑形材料进入间隙的可能性。
本发明的一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具，由于采用上述的技术方案，具有良好的适用性，其优点在于：
一、通过轴肩的分型面设计，即轴肩前部为与不等厚板材匹配的阶梯状，后部为一斜面，实现了非等厚板材搅拌摩擦焊接。
二、采用分体式搅拌工具的方法，引入轴承结构，轴肩与搅拌针可以单独旋转，实现了轴肩的自静止。
三、本发明提出的一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具，操作简单，适应性强。
附图说明
图1为本发明实施例的一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具结构示意图，其中，(a)为正面，(b)为背面，(c)为截面；
图2为本发明实施例的搅拌针结构示意图；
图3为本发明实施例的轴肩结构示意图；
图4为本发明实施例的轴肩截面图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本发明的一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具结构示意图：
采用分体的结构方式，搅拌针1直接与主轴连接，由主轴驱动旋转、下压和前进，轴肩2通过轴承3滚动与板材保持静止，搅拌针1通过轴承3向轴肩2传递下压力和前进力，能够在通用搅拌摩擦焊设备上快捷地实现静止轴肩搅拌摩擦焊。
如图2所示，本发明的搅拌针结构示意图：
搅拌针1上部为夹持部分4与主轴直接连接，传递主轴的驱动力，搅拌针1台阶与轴承5内圈配合，实现搅拌针与轴肩的单独旋转，搅拌针与轴肩中心孔10配合处设置螺旋状沟槽6，与轴肩间隙小于0.1，同时搅拌针针部采用螺纹以及三棱面形式7，实现焊缝界面的破碎及塑形材料的转移。
如图3所示，本发明的轴肩结构示意图：
轴肩2前部为与非等厚板材匹配的阶梯状8，用于焊接过程中轴肩2沿板材台阶前进，轴肩2后部为一斜面9，用于对搅拌针1软化的材料进行模锻成型，在焊后形成过渡斜面。
非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具安装过程
先将轴承放置于轴肩2上的轴承槽11中，然后将搅拌针沿轴承3内圈垂直放入轴承中，直至搅拌针的限位台阶与轴承内圈上表面接触，通过过盈配合形成搅拌工具整体。
非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具搅拌摩擦焊接实施
焊接前根据焊接要求设定主轴的旋转速度，确定其他的焊接参数后，缓慢扎入待焊材料，待材料达到塑化状态时，搅拌工具开始行进，形成焊缝。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具，包括搅拌针、轴肩和轴承，其特征在于，所述搅拌针直接通过轴套与主轴连接，由主轴驱动旋转、下压和前进，轴肩通过轴承滚动与板材保持静止，搅拌针通过轴承向轴肩传递下压力和前进力，能够在通用搅拌摩擦焊设备上快捷地实现静止轴肩搅拌摩擦焊，同时通过轴肩的型面设计，实现不等厚板材拼焊。
2.根据权利要求1所述的一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具，其特征在于：所述搅拌针上部为夹持部分，与主轴直接连接，传递主轴的驱动力；搅拌针针部采用螺纹以及三棱面形式，实现焊缝界面的破碎及塑形材料的转移。
3.根据权利要求1所述的一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具，其特征在于：所述轴肩前部为与不等厚板材匹配的阶梯状，后部为一斜面，实现对被搅拌针塑化的金属的模锻成型。
4.根据权利要求1所述的一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具，其特征在于：所述轴承采用滚动轴承传动的形式，实现搅拌针转而轴肩不转，轴承需要能够承受一定的轴向和径向承载力，从而驱动轴肩下压力和前进力。
5.根据权利要求1所述的一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具，其特征在于：所述轴承安装在轴肩中，能够限制搅拌针在轴向的位移，固定轴肩与搅拌针在轴向的相对位置。
6.根据权利要求1所述的一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具，其特征在于：所述轴承与轴肩以及搅拌针采用过盈配合，使搅拌工具旋转下压过程中保持整体。
7.根据权利要求1所述的一种非等厚板材拼焊用静止轴肩搅拌工具，其特征在于：所述搅拌针与轴肩在配合处紧密配合，间隙内的搅拌针外圆设置螺旋状沟槽，在旋转时通过螺旋作用减少塑形材料进入间隙的可能性。
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