CN113458585B - 搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉一种搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法，解决了轻质合金多层板材连接的难题。其主要包括以下步骤：搅拌头系统整体下压将待连接点处铆钉进行定位并施加一定预紧力；搅拌套与搅拌针按照设定的转速旋转，搅拌套轴肩与铆钉端面与轻质合金上板材表面剧烈摩擦，生成大量摩擦热将轻质合金中心区域加热至塑化状态；搅拌套停止旋转，搅拌针在旋转的同时往下冲压，将铆钉压入塑化的轻质合金多层板材内；搅拌针停止冲压并保压旋转一定时间让塑化的轻质合金充分填入铆钉螺纹凹槽，将铆钉包裹镶嵌形成机械结合；搅拌套与搅拌针停止旋转，搅拌头退出连接点，待自然冷却后形成致密的搅拌摩擦铆焊接头。

Description

搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法

技术领域

本发明属于焊接领域与铆接领域，涉及一种搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法。

背景技术

轻质合金多层板材常规的连接方法主要有螺栓连接、铆接、熔化焊、钎焊及固相焊等，但螺栓连接和铆接工件的气密性较差、外观质量较差，而且未能实现冶金结合。传统的铆接工艺都要求对铆接材料进行预冲孔，然后再用铆钉进行连接，这样的铆接工艺复杂、外观差、效率低、密封性能差且不易实现自动化。冲铆连接可以实现轻质合金多层板材的连接，连接质量优于点焊，但铆接时尾部出现突出铆扣不够平齐，且只能单点连接；轻质合金多层板材熔化焊过程中热输入量过大且难以控制，严重影响接头的可靠性。钎焊能实现轻质合金多层板材的连接，但钎焊效率低，工艺较难控制，对于工件尺寸及外形也有特殊的要求，不利于批量生产。搅拌摩擦点焊（Friction Stir Spot Welding，简称FSSW）属于固相焊接的一种，由于基体在连接过程中保持固态，因此接头的性能一般不受限于金属间化合物，比较适于轻质合金多层板材的连接，但退出匙孔却影响了接头外观和接头连接质量。因此，现有的连接方法很难完全满足航空航天、军工武器装备、汽车及石油石化等行业中轻质合金多层板材制造的要求，亟需开发优质高效的轻质合金多层板材材料连接的新技术。

搅拌摩擦点焊和冲铆连接在轻质合金多层板材的连接上都表现出各自的技术优势，如果能研发一种兼顾固相焊接和铆接技术优势的新工艺、新方法，则相较于其他连接工艺在连接方法和接头强度上必定会具有很大的优势。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法，满足航空航天装备、舰船、坦克、装甲车等军工装备高强铝合金关键部件的制造要求，采用搅拌摩擦铆焊工艺实现了高强铝合金双层板材的高质量连接，在冶金结合和铆接机械锁的共同作用下，形成连接强度高、气密性好、连接点无退出匙孔的高质量铆焊接头，满足关键零部件的使用要求，解决了轻质合金多层板材连接的难题。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1）将轻质合金多层板材搭接固定于多功能底座上；

2）搅拌头系统整体下压将待连接点处铆钉进行定位并施加一定预紧力；

3）搅拌套与搅拌针按照设定的转速旋转，搅拌套轴肩与铆钉端面与轻质合金上板材表面剧烈摩擦，生成大量摩擦热将轻质合金中心区域加热至塑化状态；

4）搅拌套停止旋转，搅拌针在旋转的同时往下冲压，将铆钉压入塑化的轻质合金多层板材内；

5）搅拌针停止冲压并保压旋转一定时间让塑化的轻质合金充分填入铆钉螺纹凹槽，将铆钉包裹镶嵌形成机械结合；

6）搅拌套与搅拌针停止旋转，搅拌头退出连接点，待自然冷却后形成致密的搅拌摩擦铆焊接头。

进一步地，在步骤3）中搅拌套、搅拌针旋转产生摩擦热的时间为2～5s，在步骤4）中搅拌针保压旋转时间为1～3s。

进一步地，搅拌头系统包括搅拌套夹头、搅拌针夹头、第一胀紧套、第二胀紧套、搅拌套、第二直线轴承、搅拌针。其中搅拌套通过第二胀紧套与搅拌套夹头连接，搅拌针通过第一胀紧套与搅拌针夹头连接，搅拌针与搅拌套之间通过第二直线轴承进行支撑与导向。

进一步地，所述铆钉为实心铆钉，包括螺纹铆钉、无螺纹铆钉、圆柱形铆钉、圆台形铆钉、带沉孔铆钉、带楔形槽铆钉、带法兰帽铆钉、带切削面铆钉等。

进一步地，所述轻质合金可以为铝合金、镁合金、铜合金等，本连接方法可连接双层、三层或四层的同种或异种轻质合金板材。

进一步地，所述多功能底座可以作为夹具将轻质合金多层板材定位夹紧，其底部设有压力与温度传感器可以实时反馈输出连接过程坯料的受力与温度参数，在铆焊过程中可以在多功能底座上添加超声振动装置对坯料连接点进行振动微锻细化成形接头晶粒，获得气密性更好、连接强度更高的接头。

进一步地，所述搅拌针具有周向旋转自由度与轴向直线运动自由度，搅拌套具有周向旋转自由度，搅拌头具有轴向直线运动自由度，搅拌套转速为500～1200r/min，搅拌针转速为700～1200rpm，搅拌针冲压速度为5～20mm/s，搅拌针下压量为3～10mm。

进一步地，搅拌针可以单独进行旋转运动、冲压运动，搅拌套可单独进行旋转，搅拌头可以单独进行升降运动，以上几种运动可以单独进行，也可根据工艺需要进行任意的复合运动，适用范围更广，工艺性更强。

另外，基于上述搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法，本申请还提出一种多层板材搅拌摩擦铆焊用四电机直驱式交流伺服冲铆装置，其特殊之处在于：

包括搅拌套旋转系统、搅拌针旋转系统、搅拌针冲压系统、搅拌头系统；

所述搅拌套旋转系统包括第一力矩电机定子、第一力矩电机转子、第一中空主轴、第一旋变定子、第一旋变转子、搅拌套夹头；所述第一中空主轴与第一力矩电机转子固连并通过螺纹与搅拌套夹头连接，第一旋变转子固定在第一中空主轴上；第一力矩电机转子通过第一中空主轴实现对搅拌套夹头的直接驱动实现旋转运动；

所述搅拌针冲压系统包括第二力矩电机定子、第二力矩电机转子、第二中空主轴、第二旋变定子、第二旋变转子、波发生器、刚性轮、柔性轮、轴承套筒上端盖、轴承套筒、轴承套筒下端盖、机身连接筒、推力球轴承、第五深沟球轴承、轴承挡圈、锁紧螺母、顶针、刚性轮支架；其中第二中空主轴与第二力矩电机转子固连并经过波发生器、刚性轮、柔性轮的谐波减速后通过螺纹驱动轴承套筒上端盖进行轴向运动，第二旋变转子固定在第二中空主轴上，波发生器连接在第二中空主轴上，刚性轮连接在刚性轮支架上，柔性轮通过螺纹与轴承套筒上端盖连接，轴承套筒与机身连接筒通过键连接限制其旋转自由度，轴承套筒通过锁紧螺母、第五深沟球轴承、轴承挡圈与推力球轴承实现对顶针的轴向驱动；

所述搅拌针旋转系统包括第一交流伺服电机、花键轴；其中交流伺服电机驱动花键轴，花键轴与顶针通过花键副连接实现顶针旋转运动的同时保留其轴向自由度；

所述搅拌头系统包括搅拌套夹头、搅拌针夹头、第一胀紧套、第二胀紧套、第二直线轴承、搅拌套、搅拌针；搅拌套夹头通过螺纹连接在第一中空主轴上，搅拌针夹头通过螺纹连接在顶针上，搅拌套与搅拌套夹头通过第一胀紧套连接，搅拌针与搅拌针夹头通过第二胀紧套连接，搅拌针通过第二直线轴承旋转支撑于搅拌套夹头上。

进一步地，所述搅拌套旋转系统还包括第一力矩电机机壳、第一法兰端盖、第二法兰端盖、第一深沟球轴承、第二深沟球轴承、第一旋变支架；其中第一力矩电机定子固定在力矩电机机壳上，第一中空主轴通过第一深沟球轴承与第二深沟球轴承旋转支撑于第一法兰端盖与第二法兰端盖上，第一旋变定子固定在第一旋变支架上。

进一步地，所述搅拌针冲压系统还包括第二力矩电机机壳、第三法兰端盖、第四法兰端盖、第二旋变定子支架、第三深沟球轴承、第四深沟球轴承。其中第二力矩电机定子固定在第二力矩电机机壳上，第二中空主轴通过第三深沟球轴承与第四深沟球轴承旋转支撑于第三法兰端盖与第四法兰端盖上，第二旋变定子固定在第二旋变定子支架上。

进一步地，所述搅拌针旋转系统还包括第一孔输出行星减速机、第一深沟球轴承第一直线轴承；其中交流伺服电机通过孔输出行星减速机直接驱动花键轴，花键轴通过第一深沟球轴承旋转支撑于第二中空主轴上，顶针通过第一直线轴承支撑于第一中空主轴上。

另外，本申请还提出一种包括上述多层板材搅拌摩擦铆焊用四电机直驱式交流伺服冲铆装置的冲铆机，其特征在于：

还包括机架、机身升降系统、工作台，所述工作台设置在机架上，驱动装置、设置在工作台上，所述机身升降系统用于驱动多层板材搅拌摩擦铆焊用四电机直驱式交流伺服冲铆装置上下移动。

进一步地，所述机身升降系统包括第二交流伺服电机、第二孔输出行星减速机、减速机座板、丝杠、螺母，其中第二孔输出行星减速机固定在减速器座板上并将第二交流伺服电机的转速与扭矩传递到丝杠上驱动螺母上下运动。

本发明的优点：

（1）本发明将搅拌摩擦点焊技术与冲铆连接技术相结合，形成一种兼顾固相焊接与铆接优势的新工艺、新方法，利用这种搅拌摩擦铆焊新工艺所具有的兼顾固相焊接与铆接的优势，解决了轻质合金多层板材搅拌摩擦焊存在的连接强度低、外观质量差、成型力较大问题，也解决了铆接存在的抗拉强度低、气密性差的问题，搅拌摩擦铆焊能够明显的提高接头强度、提升外观平整性、增强接头的综合机械性能与力学性能，改善构建的质量，延长零部件的使用寿命，满足器件、部件或者装备的苛刻的工作环境和使用条件；

（2）相较于传统铆接，轻质合金多层板材搅拌摩擦铆焊不需要对板材进行预钻孔，工艺步骤更简化，有利于搅拌摩擦铆焊自动化生产，有效降低生产成本、提高生产效率。相较于传统自冲铆接，搅拌摩擦铆焊由于轻质合金板材在铆钉压入前被搅拌摩擦作用充分加热达到塑化状态，在压入铆钉阶段所需冲压力相较于冷冲铆较小，可以有效降低成形设备匹配的功率参数，拓宽该工艺使用条件，有效降低生产成本；通过在搅拌摩擦焊基础上在焊接点增加自攻铆钉填补退出匙孔的搅拌摩擦铆焊技术，能够提高轻质合金多层板材关键零部件的综合机械性能和寿命，使接头同时具有冶金结合和机械结合的效果，有效的弥补了的单种工艺存在的不足；

（3）本连接方法中搅拌头可以单独进行旋转运动、冲压运动，搅拌套可单独进行旋转，搅拌头可以单独进行升降运动，以上几种运动可以单独进行，也可根据工艺需要进行任意的复合运动，适用范围更广，工艺性更强。

（4）本方法利用铆钉代替搅拌头对轻质合金多层板材进行搅拌摩擦，可以有效的减少了搅拌头摩擦损耗，提高搅拌头的使用寿命，降低了搅拌摩擦铆焊的工艺度，课题提高铆焊速度和铆接质量，改善接头的力学性能；降低了搅拌摩擦铆焊的缺陷，所需设备简单，可集成到加工中心中使用，生产成本低。

附图说明

图1为本发明四电机直驱式交流伺服冲铆装置主轴剖视图；

图2为本发明四电机直驱式交流伺服冲铆装置主轴等轴测视图；

图3为本发明四电机直驱式交流伺服冲铆装置搅拌套旋转系统剖视图；

图4为本发明四电机直驱式交流伺服冲铆装置搅拌针冲压系统剖视图；

图5为本发明四电机直驱式交流伺服冲铆装置搅拌针旋转系统剖视图；

图6为本发明四电机直驱式交流伺服冲铆装置搅拌头系统剖视图；

图7为本发明一种冲铆机机身总成等轴测视图。

图8为本发明多功能底座轴侧图；

图9为本发明多功能底座剖视图；

图10为本发明机身升降系统剖视图；

图11为本发明四电机直驱式交流伺服冲铆装置与超声震动结合方案图；

图12是本发明搅拌头工作时示意图；

图13是本发明工艺过程图；

图14是本发明运动方案图；

图15是本发明铆钉形式图；

图16是本发明板材尺寸图；

图17是本发明双层板材搭接方案图；

图18是本发三层板材搭接方案图；

图19是本发明四层板材搭接方案图。

图中标号说明：1、搅拌套旋转系统，2、搅拌针旋转系统，3、搅拌针冲压系统，4、搅拌头系统，5、多功能底座，6、机身升降系统，7、超声激振器，8、铆钉，9、轻质合金多层板材，

101、第一力矩电机机壳，102、第一力矩电机定子，103、第一力矩电机转子，104、第一中空主轴，105、第一法兰端盖，106、第二法兰端盖，107、第一旋变定子，108、第一旋变转子，109、第一深沟球轴承，110、第二深沟球轴承，111、第一旋变支架，112、主轴下端盖，113、搅拌套夹头，

201、第二力矩电机机壳，202、第二力矩电机定子，203、第二力矩电机转子，204、第二中空主轴，205、第三法兰端盖，206、第四法兰端盖，207、第二旋变定子支架，208、第二旋变定子，209、第二旋变转子，210、第三深沟球轴承，211、第四深沟球轴承，212、波发生器，213、刚性轮，214、柔性轮，215、轴承套筒上端盖，216、轴承套筒，217、轴承套筒下端盖，218、机身连接筒，219、推力球轴承，220、第五深沟球轴承，221、轴承挡圈，222、锁紧螺母，223、顶针，224、刚性轮支架，

301、第一交流伺服电机，302、第一孔输出行星减速机，303、花键轴，304、第一深沟球轴承，305、第一直线轴承；

401、搅拌套夹头，402、搅拌针夹头，403、第一胀紧套，404、第二胀紧套，405、第二直线轴承，406、搅拌套，407、搅拌针，

501、夹具，502、夹具底座，503、压力传感器，504、传感器底座，

601、第二交流伺服电机，602、第二孔输出行星减速机，603、减速机座板，604、机身上板，605、丝杠，606、螺母，607、螺母座，608、机身下板，609、导轨座板，610、导轨，611、滑块，612、主轴固定架，613、L型架，614、吊环。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

参见图1、图2，一种多层板材搅拌摩擦铆焊用四电机直驱式交流伺服冲铆装置包括以下四个部分：包括搅拌套旋转系统1、搅拌针冲压系统2、搅拌针旋转系统3、搅拌头系统4。

参见图3，所述搅拌套旋转系统1包括第一力矩电机机壳101、第一力矩电机定子102、第一力矩电机转子103、第一中空主轴104、第一法兰端盖105、第二法兰端盖106、第一旋变定子107、第一旋变转子108、第一深沟球轴承109、第二深沟球轴承110，第一旋变支架111、主轴下端盖112、搅拌套夹头113。其中力矩电机定子固定在力矩电机机壳上，第一中空主轴104与第一力矩电机转子103固连并通过螺纹与搅拌套夹头113连接，第一中空主轴104通过第一深沟球轴承109与第二深沟球轴承110旋转支撑于第一法兰端盖105与第二法兰端盖106上，第一旋变转子108固定在第一中空主轴104上，第一旋变定子107固定在第一旋变支架111上，第一旋变转子108固定在第一中空主轴104上。第一力矩电机转子103通过第一中空主轴104实现对搅拌套夹头113的直接驱动实现旋转运动。

参见图4，所述搅拌针冲压系统2包括第二力矩电机机壳201、第二力矩电机定子202、第二力矩电机转子203、第二中空主轴204、第三法兰端盖205、第四法兰端盖206、第二旋变定子支架207、第二旋变定子208、第二旋变转子209、第三第二深沟球轴承10、第四第二深沟球轴承11、波发生器212、刚性轮213、柔性轮214、轴承套筒上端盖215、轴承套筒216、轴承套筒下端盖217、机身连接筒218、推力球轴承219、第五第二深沟球轴承20、轴承挡圈221、锁紧螺母222、顶针223、刚性轮支架224。其中第二力矩电机定子202固定在第二力矩电机机壳201上，第二中空主轴204通过第三第二深沟球轴承10与第四第二深沟球轴承11旋转支撑于第三法兰端盖205与第四法兰端盖206上，第二中空主轴204与第二力矩电机转子203固连并经过波发生器212、刚性轮213、柔性轮214的谐波减速后通过螺纹驱动轴承套筒上端盖215进行轴向运动，第二旋变定子208固定在旋变2支架207上，第二旋变转子209固定在第二中空主轴204上，波发生器212连接在第二中空主轴204上，刚性轮213连接在刚性轮支架224上，柔性轮214通过螺纹与轴承套筒上端盖215连接，轴承套筒216与机身连接筒218通过键连接限制其旋转自由度，轴承套筒216通过锁紧螺母222、第五第二深沟球轴承20、轴承挡圈221与推力球轴承219实现对顶针223的轴向驱动。

参见图5，所述搅拌针旋转系统3包括第一交流伺服电机301、第一孔输出行星减速机302、花键轴303、第一深沟球轴承304、第一直线轴承305。其中交流伺服电机301通过孔输出行星减速机302直接驱动花键轴303，花键轴303通过第一深沟球轴承304旋转支撑于第二中空主轴204上，花键轴303与顶针223通过花键副连接实现顶针223旋转运动的同时保留其轴向自由度，顶针223通过第一直线轴承306支撑于第一中空主轴104上。

参见图6，所述搅拌头系统4包括搅拌套夹头401、搅拌针夹头402、第一胀紧套403、第二胀紧套404、第二直线轴承405、搅拌套406、搅拌针407。搅拌套夹头401通过螺纹连接在第一中空主轴104上，搅拌针夹头402通过螺纹连接在顶针223上，搅拌套406与搅拌套夹头401通过第一胀紧套403连接，搅拌针407与搅拌针夹头402通过第二胀紧套404连接，搅拌针407通过第二直线轴承405旋转支撑于搅拌套夹头401上。

参加图8，所述多功能夹具底座5包括装夹模具501、底座502、压力传感器503、固定板504。其中装夹模具501可以实现坯料板材的对接、搭接与十字拼接等多种连接方案的装夹，压力传感器可以配合热电偶反馈压力信号与温度信号。

参见图7为包含一种多动力多层板材搅拌摩擦铆焊用交流伺服冲铆装置的冲铆机，包括上述的一种多层板材搅拌摩擦铆焊用四电机直驱式交流伺服冲铆装置，还包括机架、机身升降系统、工作台，所述工作台设置在机架上，驱动装置、设置在工作台上，所述机身升降系统用于驱动多层板材搅拌摩擦铆焊用四电机直驱式交流伺服冲铆装置上下移动。

参见图10，机身升降系统6包括第二交流伺服电机601、第二孔输出行星减速机602、减速机座板603、机身上板604、丝杠605、螺母606、螺母座607、机身下板608、导轨座板609、导轨610、滑块611、主轴固定架612、L型架613、吊环614，其中第二孔输出行星减速机602固定在减速器座板603上并将第二交流伺服电机601的转速与扭矩传递到丝杠605上驱动螺母606上下运动。

参照图8、图11，本发明搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法多功能底座可以作为夹具将轻质合金多层板材9定位夹紧，其底部设有压力传感器503或温度传感器可以实时反馈输出连接过程坯料的受力与温度参数，在铆焊过程中可以在多功能底座5上添加超声激振器7对坯料连接点进行振动微锻细化成形接头晶粒，获得气密性更好、连接强度更高的接头。

参见图12、13，一种搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法，包括以下步骤：

a.将轻质合金多层板材搭接固定于多功能底座5上；

b.搅拌头系统4整体向下运动将待连接点处铆钉进行定位并施加一定预紧力；

c.搅拌套406与搅拌针407按照设定的转速旋转，让搅拌套406的轴肩与铆钉端面与轻质合金上板材表面剧烈摩擦，生成大量摩擦热将板材局部加热至塑化状态；

d.搅拌套406停止旋转，搅拌针407在旋转的同时往下冲压，将铆钉压入塑化的轻质合金上板材内；

e.搅拌针407停止冲压并保压旋转一定时间让塑化的轻质合金充分填入铆钉8螺纹凹槽，将铆钉包裹镶嵌形成机械结合；

f.搅拌套406与搅拌针407停止旋转，退出连接点，自然冷却后形成致密的搅拌摩擦铆焊接头。

参见图14，本发明搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法运动方案如下：搅拌针407可以单独进行旋转运动、冲压运动，搅拌套406可单独进行旋转，搅拌头可以单独进行升降运动，以上几种运动可以单独进行，也可根据工艺需要进行任意的复合运动。其中，搅拌套406转速为500～1200r/min，搅拌针407转速为700～1200rpm，搅拌针407冲压速度为5～20mm/s，搅拌针407下压量为3～10mm。

参照图15，本发明搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法铆钉形式包括螺纹铆钉、无螺纹铆钉、圆柱形铆钉、圆台形铆钉、带沉孔铆钉、带楔形槽铆钉、带法兰帽铆钉、带切削面铆钉等，铆钉材料为4Cr5MoSiV、Q235、ML10、ML15、1Cr18Ni9Ti等。

参照图16~19，本发明搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法板材搭接方法可以有双层板材搭接、三层板材搭接、四层板材搭接，其中轻质合金可以为铝合金、镁合金、铜合金等。本连接方法可连接多层的同种或异种轻质合金板材，图示轻质合金多层板材厚度为3mm，尺寸为100mm×25mm，搭接区域尺寸为30mm×25mm。

以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将轻质合金多层板材搭接固定于多功能底座上；所述多功能底座可以作为夹具将轻质合金多层板材定位夹紧，其底部设有压力与温度传感器可以实时反馈输出连接过程坯料的受力与温度参数，在铆焊过程中可以在多功能底座上添加超声振动装置对坯料连接点进行振动微锻细化成形接头晶粒；

2）搅拌头系统整体下压将待连接点处铆钉进行定位并施加一定预紧力；搅拌头系统包括搅拌套夹头、搅拌针夹头、第一胀紧套、第二胀紧套、搅拌套、第二直线轴承、搅拌针；其中搅拌套通过第二胀紧套与搅拌套夹头连接，搅拌针通过第一胀紧套与搅拌针夹头连接，搅拌针与搅拌套之间通过第二直线轴承进行支撑与导向；

3）搅拌套与搅拌针按照设定的转速旋转，搅拌套轴肩与铆钉端面与轻质合金上板材表面剧烈摩擦，生成大量摩擦热将轻质合金中心区域加热至塑化状态；

4）搅拌套停止旋转，搅拌针在旋转的同时往下冲压，将铆钉压入塑化的轻质合金多层板材内；

5）搅拌针停止冲压并保压旋转一定时间让塑化的轻质合金充分填入铆钉螺纹凹槽，将铆钉包裹镶嵌形成机械结合；

6）搅拌套与搅拌针停止旋转，搅拌头退出连接点，待自然冷却后形成致密的搅拌摩擦铆焊接头。

2.根据权利要求1所述的一种搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法，其特征在于：

在步骤3）中搅拌套、搅拌针旋转产生摩擦热的时间为2～5s，在步骤4）中搅拌针保压旋转时间为1～3s。

3.根据权利要求1所述的一种搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法，其特征在于：

所述铆钉为实心铆钉，实心铆钉可以是螺纹铆钉、无螺纹铆钉、圆柱形铆钉、圆台形铆钉、带沉孔铆钉、带楔形槽铆钉、带法兰帽铆钉或者带切削面铆钉。

4.根据权利要求1所述的一种搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法，其特征在于：

所述轻质合金可以为铝合金、镁合金或铜合金。

5.根据权利要求2所述的一种搅拌套旋转摩擦生热与铆钉旋入式板材摩擦铆焊连接方法，其特征在于：

所述搅拌针具有周向旋转自由度与轴向直线运动自由度，搅拌套具有周向旋转自由度，搅拌头具有轴向直线运动自由度，搅拌套转速为500～1200r/min，搅拌针转速为700～1200rpm，搅拌针冲压速度为5～20mm/s，搅拌针下压量为3～10mm。

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