CN110076445A - 一种搅拌摩擦焊搅拌头冷却槽 - Google Patents

Abstract

本发明是一种搅拌摩擦焊搅拌头冷却槽，该冷却槽用于冷却搅拌头，包括固定装置，储水室，循环冷却装置和耐高温海绵挡水环，冷却槽主体通过固定装置安装固定在搅拌摩擦焊焊机外壳上，储水室侧壁开设有出水口和注水口，两者之间连接有循环冷却装置，储水室底部中心设有耐高温海绵挡水环，浸湿的耐高温海绵挡水环包裹住搅拌头。该装置不仅结构简单，安装操作方便，而且能够对搅拌头进行迅速冷却，降温速率快；循环冷却装置能够对储水室的冷却液进行循环利用，增强了冷却效果，减少了水资源浪费；同时，该焊接方法不仅降低了焊接时搅拌头温度，延长了搅拌头寿命且在焊接时通过对搅拌头进行冷却，减小了接头的热影响区，提高接头强度和焊接质量。

Description

一种搅拌摩擦焊搅拌头冷却槽

技术领域

本发明属于金属加工领域，具体的说是涉及一种搅拌摩擦焊搅拌头冷却槽。

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缝，搅拌头与工件表面摩擦，产生大量热，有助于母材快速软化，但工程实践中发现搅拌头在高温下易磨损，影响其使用寿命，因此如何降低搅拌头的工作温度成了重要工作。

现有技术一设计了专门的中空轴，通过在主轴的内部设置供液管的形式，将冷却液的从固定的供液管中传送至旋转的搅拌头组件下端，专利名称，内置式冷却搅拌摩擦焊装置，申请号：201810588992.2，但是此方案结构复杂，所需加工精度高，到达搅拌头部分的冷却液少，冷却效果不明显。

现有技术二设计了一种在搅拌头内部设置多个冷却通道，通过向冷却通道内注入冷却液进行冷却搅拌头的装置，专利名称，一种具有冷却功能的搅拌摩擦焊接装置，申请号：201721724735 .4，但是此方案结构复杂，加工复杂，冷却液难以均匀充分地进入高速旋转的搅拌头，间接影响了冷却速率。

因此设计出一种既能最大程度实现搅拌头冷却功能，又能最大程度提高接头质量，又能简单快捷安装的冷却装置成了一个紧要的任务。

发明内容

为了解决现有搅拌头高速旋转与板材摩擦产生高温，导致搅拌头易磨损、寿命急剧缩短，且接头热影响区面积大、接头强度低的缺陷，本发明提供了一种结构简单，安装方便的搅拌摩擦焊搅拌头冷却槽，该装置能够降低焊接时搅拌头的温度，延长了搅拌头寿命，且在焊接时通过对搅拌头进行冷却，减小了接头的热影响区，提高了接头强度和焊接质量。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种搅拌摩擦焊搅拌头冷却槽，包括安装在搅拌摩擦焊焊机外壳上的固定装置，冷却槽主体通过固定装置安装固定在搅拌摩擦焊焊机外壳上，固定装置的下方设置有储水室，在储水室侧壁开设有出水口、第一出水口和注水口，出水口与第一出水口对称设置，轴向位置上、出水口在上、注水口在下，出水口与注水口之间连接有循环冷却装置，从出水口流出的热水经过循环冷却装置冷却后，经水泵加压，通过注水口流回储水室，储水室底部中心设有耐高温海绵挡水环，耐高温海绵挡水环中心开设有通孔，浸湿的耐高温海绵挡水环包裹住搅拌头。

本发明的进一步改进在于：储水室顶部设有圆环档板。

本发明的进一步改进在于：耐高温海绵挡水环中心通孔直径小于搅拌头直径2-3mm。

本发明的进一步改进在于：固定装置通过抱箍形式固定在搅拌摩擦焊焊机外壳上。

采用搅拌摩擦焊搅拌头冷却槽进行焊接时，其包括如下步骤：

（1）由下往上将冷却装置套入搅拌头，搅拌头依次穿过耐高温海绵的中心孔，调整固定装置轴向高度至合适位置，拧紧固定装置上的抱箍；

（2）将出水口连接至循环冷却装置的入水端，将注水口连接至循环冷却装置的出水端；

（3）向循环冷却装置中注入适量冷却液，直至储水室中冷却液能完全浸没搅拌头侧面；

（4）设定好焊接程序，打开循环冷却装置的开关，焊接开始。

本发明的有益效果是：该装置不仅结构简单，安装方便，且用水作为冷却液，高温下汽化成水蒸气，焊接过程中无污染。使用流动的水包裹搅拌头侧面，搅拌头有效冷却体积大，降温速率快，提高了搅拌头寿命，降低了焊接成本，同时也减小了接头的热影响区，提高了接头强度和焊缝质量；该装置使用耐高温海绵作为挡水环，有效的限制流动水从搅拌头侧面漏出，使冷却液不会流入工件表面，以免扰乱焊缝的热影响区分布。底盖倒圆锥形设计满足了焊接过程中搅拌头在各向倾角的行走转向过程中不会接触工件表面，产生划痕，影响焊缝表面质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1 所示，本发明是、一种搅拌摩擦焊搅拌头冷却槽，包括安装在搅拌摩擦焊焊机外壳上的固定装置1，所述固定装置1通过抱箍形式固定在搅拌摩擦焊焊机外壳上，方便拆装和调节冷却槽的轴向高度，冷却槽主体通过所述固定装置1安装固定在搅拌摩擦焊焊机外壳上，所述固定装置1的下方设置有储水室2，所述储水室2顶部设有圆环档板，防止冷却液溢出四溅，所述储水室2顶部的圆环档板内圆直径大于搅拌头夹具最大外径3-4mm，在所述储水室2侧壁开设有出水口5、第一出水口7和注水口6，所述出水口5与所述第一出水口7对称设置，轴向位置上、所述出水口5在上、所述注水口6在下，所述出水口5与所述注水口6之间连接有循环冷却装置3，循环冷却装置采用深圳市凯德利冷机设备有限公司生产的风冷式冷水机，从出水口5流出的热水经过所述循环冷却装置3冷却后，经水泵加压，通过注水口6流回储水室2，所述储水室2底部中心设有耐高温海绵挡水环4，所述耐高温海绵挡水环4中心通孔直径小于搅拌头直径2-3mm，包裹住搅拌头侧面，防止冷却液漏出，所述耐高温海绵挡水环（4）中心开设有通孔，浸湿的耐高温海绵挡水环4包裹住搅拌头。

实施例一

对1mm厚的304不锈钢进行搅拌摩擦焊的搭接：

采用搅拌摩擦焊搅拌头冷却槽进行焊接时，其包括如下步骤：

焊接工具参数：搅拌头轴肩直径16mm，搅拌针直径4mm，长度1.5mm。

（1）由下往上将冷却装置套入搅拌头，搅拌头依次穿过耐高温海绵4的中心孔，调整固定装置1轴向高度至合适位置，拧紧固定装置1上的抱箍；

（2）将出水口5连接至循环冷却装置3的入水端，将注水口6连接至循环冷却装置3的出水端；

（3）向循环冷却装置3中注入适量冷却液，直至储水室2中冷却液能完全浸没搅拌头侧面；

（4）设定好焊接程序，打开循环冷却装置的开关，焊接开始，其中，搅拌头转速1400r/min，焊接速度为80mm/min。

以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种搅拌摩擦焊搅拌头冷却槽，包括安装在搅拌摩擦焊焊机外壳上的固定装置（1），其特征在于：冷却槽主体通过所述固定装置（1）安装固定在搅拌摩擦焊焊机外壳上，所述固定装置（1）的下方设置有储水室（2），在所述储水室（2）侧壁开设有出水口（5）、第一出水口（7）和注水口（6），所述出水口（5）与所述第一出水口（7）对称设置，轴向位置上、所述出水口（5）在上、所述注水口（6）在下，所述出水口（5）与所述注水口（6）之间连接有循环冷却装置（3），从出水口（5）流出的热水经过所述循环冷却装置（3）冷却后，经水泵加压，通过注水口（6）流回储水室（2），所述储水室（2）底部中心设有耐高温海绵挡水环（4），所述耐高温海绵挡水环（4）中心开设有通孔，浸湿的耐高温海绵挡水环（4）包裹住搅拌头。

2.根据权利要求1所述一种搅拌摩擦焊搅拌头冷却槽，其特征在于：所述储水室（2）顶部设有圆环档板。

3.根据权利要求1所述一种搅拌摩擦焊搅拌头冷却槽，其特征在于：所述耐高温海绵挡水环（4）中心通孔直径小于搅拌头直径2-3mm。

4.根据权利要求1所述一种搅拌摩擦焊搅拌头冷却槽，其特征在于：所述固定装置（1）通过抱箍形式固定在搅拌摩擦焊焊机外壳上。