CN113059262A - 一种搅拌摩擦焊接组件 - Google Patents

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shoulder
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林永勇
李凤
张华德
徐晓霞
李文晓
王阳俊
陈立国
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    • 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
    • B23K20/1245—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 characterised by the apparatus
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Abstract

本发明公开了一种搅拌摩擦焊接组件，包括自上而下依次同轴连接的刀柄、内轴肩和搅拌针，内轴肩外同轴套设有外轴肩，外轴肩和内轴肩之间留有间隙，搅拌针与内轴肩由超硬合金颗粒一体化压制烧结而成，搅拌针伸出外轴肩，且其顶端与内轴肩的底端之间圆弧过渡、底端上设有呈涡旋状的凹槽、周壁上均嵌有若干沿竖向设置且上下贯通的导流槽，导流槽位于凹槽的外部，且其槽宽自搅拌针的底端向顶端逐渐变大。本发明解决了如何能使焊接质量得以提高，并使使用寿命得以有效延长的技术问题，具有使用寿命长、焊接质量好、工作效率高且损坏率低等优点。

Description

一种搅拌摩擦焊接组件
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其是指一种搅拌摩擦焊接组件。
背景技术
搅拌摩擦焊接组件是一种采用固相连接技术焊接的设备，由于其具有不需要使用焊丝、热影响范围小等优点，因此广泛应用于航天航空、轨道交通和电动汽车等生产领域。现有的搅拌摩擦焊接组件由自上而下依次连接的刀柄、轴肩和搅拌针组成，明显的，其存在以下缺陷：一是由于搅拌针与轴肩连接处呈直角弯折状，且由不锈钢材料制成，故使得搅拌针容易被折断，从而导致损坏率高、使用寿命和工作效率低；二是由于搅拌针的表面光滑，故使得焊区的材料的流动性差且热特性差异明显，再加上对焊区施加锻压力的轴肩在焊接时随搅拌针一起做旋转运动产生的热量的影响，从而导致焊接质量差。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于如何能使焊接质量得以提高，并使使用寿命得以有效延长。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种搅拌摩擦焊接组件，包括自上而下依次同轴连接的刀柄、内轴肩和搅拌针，所述内轴肩外同轴套设有外轴肩，所述外轴肩和所述内轴肩之间留有间隙，所述搅拌针与所述内轴肩由超硬合金颗粒一体化压制烧结而成，所述搅拌针伸出所述外轴肩，且其顶端与所述内轴肩的底端之间圆弧过渡、底端上设有呈涡旋状的凹槽、周壁上均嵌有若干沿竖向设置且上下贯通的导流槽，所述导流槽位于所述凹槽的外部，且其槽宽自所述搅拌针的底端向顶端逐渐变大。
在本发明的一个实施例中，所述超硬合金颗粒为碳化钨或者硼化钨。
在本发明的一个实施例中，所述超硬合金颗粒的晶粒度为100nm-1000nm。
在本发明的一个实施例中，所述搅拌针呈倒圆台状。
在本发明的一个实施例中，所述搅拌针、所述导流槽、所述凹槽、所述内轴肩的底端和所述外轴肩的底端上均镀覆有耐磨耐热润滑涂层。
在本发明的一个实施例中，所述耐磨耐热润滑涂层的厚度为50um-150um。
在本发明的一个实施例中，所述耐磨耐热润滑涂层为氮碳化钛、氮化钛、氮铝化钛、碳氮化铝钛或者氮化铬。
在本发明的一个实施例中，所述搅拌针、所述导流槽和所述凹槽一体成型。
在本发明的一个实施例中，所述外轴肩的顶端上焊设有相匹配的法兰。
在本发明的一个实施例中，所述导流槽的数量至少为三个。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1.通过将搅拌针与内轴肩的连接处设置成圆弧过渡，并将两者设置成由超硬合金颗粒一体化压制烧结而成的结构，这就使得搅拌针不易被折损，且抗冲击性和耐磨性强，从而有效延长了使用寿命，降低了损坏率，并提高了工作效率。
2.通过将对焊区施加锻压力的外轴肩设置成不随搅拌针旋转，从而有效避免了外轴肩产生热量对焊接质量造成的影响，又通过在搅拌针的底端设有呈涡旋状的凹槽、周壁上嵌设有若干位于凹槽外侧且竖向设置并上下贯通的导流槽，这就使得焊区的材料混合均匀且无热差异性，从而提高了焊接质量，又通过将导流槽的槽宽自搅拌针的底端向顶端逐渐变大，这样设置降低了搅拌针与内轴肩的连接处受到的冲击力，从而进一步延长了使用寿命。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的部分爆炸结构示意图；
图3是图1的A部放大图；
说明书附图标记说明：1、刀柄，2、内轴肩，3、搅拌针，31、凹槽，32、螺旋，4、导流槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1、图2和图3所示，一种搅拌摩擦焊接组件，包括自上而下依次同轴连接的刀柄1、内轴肩2和搅拌针3，内轴肩2外同轴套设有外轴肩，外轴肩和内轴肩2之间留有间隙，这样设置使得在焊接时对焊区施加锻压力的外轴肩不会随搅拌针3一起旋转，从而消除了外轴肩旋转产生热量对焊接质量造成的影响。搅拌针3与内轴肩2由超硬合金颗粒一体化压制烧结而成，在本实施例中，超硬合金颗粒为碳化钨或者硼化钨，晶粒度为100nm-1000nm。搅拌针3伸出外轴肩，且其顶端与内轴肩2的底端之间圆弧过渡，这样设置使得搅拌针3不易被折断，且其抗冲击性和耐磨性强。搅拌针3的底端上设有呈涡旋状的凹槽31、周壁上均嵌有若干沿竖向设置且上下贯通的导流槽4，在本实施例中，导流槽4的数量至少为三个。导流槽4位于凹槽31的外部，且其槽宽自搅拌针3的底端向顶端逐渐变大，凹槽31和导流槽4的配合一方面能使焊区的材料混合均匀且无热差异性，另一方面降低了搅拌针3与内轴肩2的连接处受到的冲击力，故而本搅拌摩擦焊接组件实现了能使焊接质量得以提高，且使用寿命得以有效延长的技术效果。
在本发明一个较佳实施例中，搅拌针3呈倒圆台状，这样设置提高了焊区的材料和热量流动的效率，从而提高了焊接效率。
在本发明一个较佳实施例中，搅拌针3、导流槽4、凹槽31、内轴肩2的底端和外轴肩的底端上均镀覆有耐磨耐热润滑涂层，在本实施例中，耐磨耐热润滑涂层为氮碳化钛、氮化钛、氮铝化钛、碳氮化铝钛或者氮化铬，耐磨耐热润滑涂层的厚度为50um-150um，这样设置提升了硬度、耐高温、耐磨损、抗氧化性以及光滑度，从而不仅减小了焊区的材料的运行阻力，而且使得本组件的损坏率得以进一步降低以及使用寿命得以进一步提高。
在本发明一个较佳实施例中，搅拌针3、导流槽4和凹槽31一体成型，这样设置增强了搅拌针3的强度。
在本发明一个较佳实施例中，外轴肩的顶端上焊设有相匹配的法兰，这样设置便于外轴肩和驱动机构的外壳进行拆连。
综上，本发明通过在搅拌针3的底端设有呈涡旋状的凹槽31、周壁上嵌设有若干位于凹槽31外侧且竖向设置并上下贯通的导流槽4，从而使得焊区的材料混合均匀且无热差异性；又通过将导流槽4的槽宽设置成自搅拌针3的底端向顶端逐渐变大、搅拌针3与内轴肩2的连接处设置成圆弧过渡且两者由超硬合金颗粒一体化压制烧结而成的结构，从而使得搅拌针3不易被折损，且整体的抗冲击性和耐磨性强，故而本搅拌摩擦焊接组件具有使用寿命长、焊接质量好、工作效率高且损坏率等优点。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种搅拌摩擦焊接组件，其特征在于，包括自上而下依次同轴连接的刀柄、内轴肩和搅拌针，所述内轴肩外同轴套设有外轴肩，所述外轴肩和所述内轴肩之间留有间隙，所述搅拌针与所述内轴肩由超硬合金颗粒一体化压制烧结而成，所述搅拌针伸出所述外轴肩，且其顶端与所述内轴肩的底端之间圆弧过渡、底端上设有呈涡旋状的凹槽、周壁上均嵌有若干沿竖向设置且上下贯通的导流槽，所述导流槽位于所述凹槽的外部，且其槽宽自所述搅拌针的底端向顶端逐渐变大。
2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接组件，其特征在于，所述超硬合金颗粒为碳化钨或者硼化钨。
3.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接组件，其特征在于，所述超硬合金颗粒的晶粒度为100nm-1000nm。
4.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接组件，其特征在于，所述搅拌针呈倒圆台状。
5.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接组件，其特征在于，所述搅拌针、所述导流槽、所述凹槽、所述内轴肩的底端和所述外轴肩的底端上均镀覆有耐磨耐热润滑涂层。
6.根据权利要求5所述的搅拌摩擦焊接组件，其特征在于，所述耐磨耐热润滑涂层的厚度为50um-150um。
7.根据权利要求5所述的搅拌摩擦焊接组件，其特征在于，所述耐磨耐热润滑涂层为氮碳化钛、氮化钛、氮铝化钛、碳氮化铝钛或者氮化铬。
8.根据权利权利要求1所述的搅拌摩擦焊接组件，其特征在于，所述搅拌针、所述导流槽和所述凹槽一体成型。
9.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接组件，其特征在于，所述外轴肩的顶端上焊设有相匹配的法兰。
10.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接组件，其特征在于，所述导流槽的数量至少为三个。
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