CN109551099B - 一种用于优角接头搅拌摩擦焊焊具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于优角接头搅拌摩擦焊焊具，本发明提供的焊具包含：轴肩、搅拌针、轴承。轴肩与搅拌针之间通过轴承实现相对运动，搅拌针旋转，轴肩静止，用于优角(大于180°)角接头搅拌摩擦焊。轴肩沿焊接方向具有流线形状的特殊外形，焊接前端呈船型张开，减小焊接阻力，后端贴实接头，起到碾压、成形焊缝作用；轴肩沿焊缝截面方向呈近似接头的优角，具有包拢材料的型面特征。搅拌针与轴肩同轴装配，两者具有合适的间隙，并设计特殊的螺纹结构和塑化材料停留空间。通过本发明，可以实现优角接头搅拌摩擦焊，焊缝保持优角外形，并且焊缝几乎无减薄、表面光滑。
Description
技术领域
本发明涉及角接头搅拌摩擦焊，特别涉及优角接头的工件的搅拌摩擦焊，可实现优角接头的搅拌摩擦焊，焊缝外形保持优角，近无减薄。
背景技术
目前，搅拌摩擦焊是一种新型的固相焊技术，具有高强度、低应力变形、绿色焊接等优点，在铝合金、镁合金、铜合金构件中大量应用，但大多数的接头形式为对接、搭接形式。由于传统搅拌摩擦焊技术的限制，搅拌针和轴肩一体设计无法实现异形接头的焊接，如角接头、T-型接头。随着静止轴肩技术的发展，由于轴肩的静止，使角接头、T-型接头的搅拌摩擦焊成为可能。目前已有的研究大多是关于施焊侧小于180°，如图1所示。但是，对于一些构件从内侧施焊的空间狭小，焊接施焊侧的角度大于180°，因此，本发明主要解决大于施焊侧角度大于180°的构件的角接头的搅拌摩擦焊，提供一种大于180°角接头施焊的静止轴肩搅拌摩擦焊焊具。
发明内容
本发明解决优角接头静止轴肩搅拌摩擦焊工艺实现，可根据优角接头的角度设计特定的轴肩外形，从而实现优角接头搅拌摩擦焊。本发明提供一种用于优角接头搅拌摩擦焊的焊具。
本发明提供的优角接头搅拌摩擦焊的焊具包括：轴肩、轴承、搅拌针。
轴肩与搅拌针之间通过轴承实现相对运动，搅拌针旋转，轴肩静止，用于优角接头搅拌摩擦焊。
进一步，本发明的方案中，轴肩与接头接触面根据接头外形角度进行特殊设计，一般轴肩外形角度接近待焊的优角接头外形，焊缝外形与焊前优角形状基本一致。
进一步，轴肩的作用面沿焊缝长度方向具有特殊流线型，焊接前端呈船型张开，不与焊接材料接触，临近搅拌针区域呈内凹型或逐渐贴近焊缝的弧线形，焊接后端贴实焊缝，碾压成形形成光滑焊缝。
进一步，轴肩的作用面沿焊缝截面方向具有呈近似接头的优角，优角型面中心区域高于工件的表面，外沿与工件贴实，具有包拢材料的作用。
进一步，搅拌针与轴肩的间隙为0.15-0.25，间隙处设计螺纹结构，可对进入间隙的材料向下的驱动力，并设计有塑化材料的停留空间。
本发明的方案中，通过轴肩静止，搅拌针旋转，两者通过轴承实现相对运动，轴肩的特殊的流线型的外形设计，前端的船型开口设计减小了静止轴肩焊接时的摩擦力，后端平滑过渡与材料接触利于焊缝碾压成形，这种焊接方式焊缝表面平整、近无减薄、内部质量高、接头强度高。采用优角形式接头焊接，避免了小角度内侧焊接搅拌工具干涉等问题，为角接接头提供高质量搅拌摩擦焊解决方法。
附图说明
图1为优角焊缝搅拌摩擦焊焊具示意图；
图2为本发明实施例提供优角焊缝搅拌摩擦焊具沿焊接方面截面示意图；
图3是本发明实施例提供的轴肩示意图；
图4是本发明实施例提供的轴肩垂直焊接方面截面示意图；
图5是本发明实施例提供的轴肩与工件之间的间隙示意图；
图6是被发明实施例提供的轴肩与工件之间间隙的周向位置示意图；
图7是背景技术中施焊侧接头角度小于180°的示意图。
具体实施方式
下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
结合附图，图1角接头静止轴肩搅拌摩擦焊接示意图，轴肩1静止，搅拌针2旋转，焊接前端轴肩1远离焊接面，后面贴实工件4，如图2所示。轴肩1与搅拌针2之间通过轴承3实现相对运动，并保证搅拌针2刚度。焊接时，轴肩型面12与工件4接头形式保持一致，形成的焊缝外形与焊前保持一致。
图3所示的轴肩的结构示意图，沿焊接方向，前端呈船型张开减小阻力，至后端平滑过渡至水平，后端与焊接面贴平，起到碾压成形焊缝的作用。垂直焊接方面的截面如图5所示，轴肩外形与优角角接头的外形保持一致。其靠近焊缝中心处稍远离于工件面，外侧贴近工件面，这样轴肩型面12与工件4之间形成一个材料停留空间11。这样，焊接时由搅拌针2挤出的塑性材料可在轴肩1下方材料停留空间11停留，并随着焊接前进时，被轴肩1后端碾压形成密实的焊缝。轴肩与工件间的材料停留空间，如图5所示，具体位置在图6所示围绕搅拌针的轴肩型面区域。
进一步，可以根据角接头的外形角度来设计轴肩的型面，一般轴肩型面12的外形角度与角接头外形角度基本一致，角度相差较大的接头一般不能共用轴肩；
进一步，大于180°的角接头可从内侧小于180°的一侧施焊，但相比而言，从大于180°的外侧施焊，其观察视野更佳，不容易引起搅拌头与工件、工装的干涉，有利于施焊。
进一步，搅拌针与轴肩的间隙为0.1-0.15，间隙处设计螺纹结构，可对进入间隙的材料向下的驱动力，并设计有塑化材料的停留空间。
本发明提供的优角接头的搅拌摩擦焊焊具，为角接头的搅拌摩擦焊提供了有效可行的焊接工具，避免了小角度内侧焊接搅拌工具干涉等问题。焊缝表面平整光滑、近无减薄，焊接质量优异。
依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于优角接头搅拌摩擦焊焊具，其特征在于，包括：轴肩、搅拌针、轴承；所述轴肩与搅拌针之间通过轴承实现相对运动，搅拌针旋转，轴肩静止，用于优角接头搅拌摩擦焊；
所述轴肩外形角度接近待焊的优角接头外形，焊缝外形与焊前优角形状基本一致；所述轴肩靠近焊缝中心处稍远离于工件面，外侧贴近工件面，这样轴肩型面与工件之间形成一个材料停留空间；
所述轴肩的作用面沿焊缝长度方向具有流线型，焊接前端呈船型张开，不与焊接材料接触；临近搅拌针区域呈内凹型，聚拢材料；焊接后端贴实焊缝，碾压成形形成光滑焊缝；
轴肩型面为流线型，轴肩不旋转且处于优角接头的外侧，型面优角稍小于或接近工件的优角，实现优角接头外侧单面搅拌摩擦焊，焊缝外形近似为原来优角形状；
所述轴肩的作用面沿焊缝长度方向具有特殊流线型，焊接前端呈船型张开，不与焊接材料接触，临近搅拌针区域呈内凹型，聚拢材料，焊接后端贴实焊缝，从而碾压成形形成光滑焊缝。
2.依据权利要求1所述的用于优角接头搅拌摩擦焊焊具，其特征在于，所述轴肩的作用面沿焊缝截面方向具有呈近似接头的优角，所述优角稍小于工件的优角，型面中心区域高于工件的表面，外沿与工件贴实，在行进过程中利用轴肩的后端对材料进行碾压成形。
3.依据权利要求1所述的用于优角接头搅拌摩擦焊焊具，其特征在于，所述搅拌针与轴肩的间隙为0.15-0.25mm，所述间隙处设置螺纹结构。
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