CN1927517A - 一种铜及铜合金搅拌摩擦焊接用焊具 - Google Patents

Abstract

一种铜及铜合金搅拌摩擦焊接用焊具，涉及一种用于较高熔点材料焊接用焊具。为了解决用于较高熔点材料搅拌摩擦焊接用焊具中浪费材料、不利于修改尺寸及实用性差等问题。它为分体式结构，由夹持体(1)、搅拌头(2)和螺钉(3)组成，夹持体由左右两个同轴圆柱体组成，左侧圆柱体(1－2)的直径小于右侧圆柱体(1－3)的直径。右侧圆柱体设置有放入搅拌头的空腔(1－1)，右侧圆柱体的空腔上下壁设置有垂直于右侧圆柱体的轴线的螺纹通孔(1－5)，搅拌头为圆柱体，在搅拌头的右端中间部位设置有向外凸起的搅拌针(2－1)，搅拌头的左端插在空腔内，螺钉拧在螺纹通孔中，搅拌头固定在夹持体内。它节约高熔点材料，降低加工成本，又便于搅拌头的尺寸修改，提高了焊具的实用性。

Description

一种铜及铜合金搅拌摩擦焊接用焊具

技术领域

本发明涉及一种用于较高熔点材料焊接用焊具。

背景技术

现在用于较高熔点材料的搅拌摩擦焊接工艺中采用了多种焊具，但他们都存在着一些不足。

搅拌摩擦焊的基本原理如专利US5460317所述，在搅拌摩擦焊接过程中，利用高速旋转的搅拌头与工件摩擦产生的热量使被焊材料局部塑化，当搅拌头沿着焊接界面向前移动时，塑化材料在搅拌头的转动摩擦力作用下由搅拌头的前部移向后部，并在搅拌头的挤压下形成致密的固相焊缝。搅拌摩擦焊接现阶段主要成功应用在低熔点材料如铝、镁合金等的连接上，采用的焊具为整体式工具钢搅拌头。与铝、镁合金相比，铜及铜合金的熔点相对较高，搅拌摩擦焊接过程中会产生较高的温度，因此用于铝、镁合金搅拌摩擦焊的整体式工具钢搅拌头不能较好完成铜及铜合金的连接。

专利US2004238599-A1给出了一种可用于较高熔点材料搅拌摩擦焊接用焊具，搅拌头材料为固溶强化高熔点钨基合金，焊具采用整体式结构。该发明设计的焊具能够承受焊接过程中产生的高温，可以实现铜合金、镍基合金、铁基合金等材料的连接。搅拌摩擦焊接过程中只有搅拌针部分和轴肩部分对焊接质量有影响，而该发明设计的搅拌头整体都采用价格昂贵的钨基合金制作，一方面带来材料的浪费，同时整体式结构加大了加工的工作量。另外，现有的冶金技术在生产较大尺寸的钨基合金上存在较大的难度，在有些情况下使整体式设计不可行。

专利WO2004101205-A2提供了另一种用于铜合金及其它高熔点材料搅拌摩擦焊接用焊具，焊具采用分体式设计，搅拌头材料为在高温和高压下直接烧结得到的高熔点耐磨材料。该发明设计的焊具可以实现对较高熔点的有色金属合金、黑色金属合金以及超合金的连接，得到的焊缝强度和硬度均接近母材。该方法避免了对高熔点材料的浪费，但采用高温高压下烧结得到高熔点耐磨材料适用于大批量生产，同时烧结后尺寸就固定了，不利于对焊具进行结构尺寸进行修改。

专利WO200185385-A1也给出一种较高熔点材料搅拌摩擦焊接用焊具，焊具采用分体式设计。在搅拌针和轴肩部分沉积上高熔点耐磨层，搅拌头和夹持体之间用机械方法紧固。该方法可节省用于制作搅拌头的高熔点材料，但采用沉积耐磨层的方法过程也比较复杂，此外耐磨层在高温下还存在着与基体结合减弱而易于剥落，从而会影响到焊具的实用性和焊接过程的稳定性。

发明内容

本发明为了解决现有用于较高熔点材料搅拌摩擦焊接用焊具中存在的浪费高熔点材料、不利于对焊具进行结构尺寸修改以及焊具实用性差等问题，提出一种铜及铜合金搅拌摩擦焊接用焊具。

本发明的焊具为分体式结构，由夹持体、搅拌头和螺钉组成。夹持体由左右两个同轴圆柱体组成，左侧圆柱体的直径小于右侧圆柱体的直径。右侧圆柱体设置有放入搅拌头的空腔，右侧圆柱体的空腔上下壁设置有垂直于右侧圆柱体的轴线的螺纹通孔，搅拌头为圆柱体，在搅拌头的右端中间部位设置有向外凸起的搅拌针，搅拌头的左端插在空腔内，螺钉拧在螺纹通孔中，搅拌头固定在夹持体内。

本发明既能节约制作搅拌头的高熔点材料，降低加工制作成本，又便于进行搅拌头的尺寸修改，提高了焊具的实用性，达到适合于铜及铜合金的搅拌摩擦焊接。

附图说明

图1是本发明夹持体1的纵剖视；图2是图1的A-A剖视图；图3是本发明的搅拌头2的主视图；图4是图3的B-B剖视图；图5是本发明整体结构的纵向剖面图；图6是用本发明的焊具对T3退火态紫铜板加工后的效果图；图7是用本发明的焊具对T3冷轧态紫铜板加工后的效果图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图3、图5说明本实施方式，本实施方式的焊具为分体式结构，由夹持体1、搅拌头2和螺钉3组成。夹持体1由左右两个同轴圆柱体组成，左侧圆柱体1-2的直径小于右侧圆柱体1-3的直径。右侧圆柱体1-3设置有放入搅拌头2的空腔1-1，右侧圆柱体1-3的空腔1-1上下壁设置有垂直于右侧圆柱体1-3的轴线的螺纹通孔1-5，搅拌头2为圆柱体，在搅拌头2的右端中间部位设置有向外凸起的搅拌针2-1，作用是在焊接中进行搅拌和摩擦，搅拌头2的左端插在空腔1-1内，由螺钉3拧在螺纹通孔1-5中将搅拌头2固定在夹持体1内，以避免搅拌头2和夹持体1之间发生轴向和周向运动，根据具体情况选择不同的尺寸螺钉3以提供足够的紧固力。本发明采用分体式连接节约制作搅拌头2的高熔点材料，降低加工制作成本，又便于根据不同加工状态进行搅拌头2尺寸的修改，提高了焊具的实用性。

具体实施方式二：结合图3、图4、图5说明本实施方式，本实施方式的搅拌头2的左侧外端面的顶端延轴线方向设置有一个平台2-2，平台2-2的尺寸根据需要露出的搅拌头2的长度与夹持体1置于搅拌头2的空腔1-1的尺寸而确定，将平台2-2所在的搅拌头2的左端置于夹持体1的空腔1-1中，螺钉3尾端与平台2-2紧密接触，以避免搅拌头2和夹持体1之间发生轴向和周向运动。

具体实施方式三：结合图1、图2、图5说明本实施方式，本实施方式的焊具的夹持体1左侧圆柱体1-3外端面的顶端延轴线方向设置有一个平台1-6，用于夹持体1安装于运转机器上固定的作用。

具体实施方式四：结合图1、图2、图5说明本实施方式，本实施方式的焊具夹持体1的左侧圆柱体1-2的轴线上设置有从左端通到右侧圆柱体1-3的空腔1-1的通孔1-4，用于搅拌头2装卸方便的目的。

具体实施方式五：本实施方式的焊具的夹持体1是高温合金材料。

具体实施方式六：本实施方式的焊具的搅拌头2是高熔点材料中的硬质合金材料。

在进行操作时，规格为200×80×2.5mm的T3退火态紫铜板，设计了搅拌针直径为6mm，长度为2.2mm，轴肩直径为20mm的搅拌头，搅拌头材料为硬质合金。搅拌头可以承受焊接过程中产生的高温与焊接阻力，采用机械紧固的夹持部分与搅拌针部分之间在焊接过程中没有松动，从而保证了焊接过程的稳定性，说明采用机械紧固方法完全可以保证夹持部分与搅拌针部分的可靠连接。在转速为800rpm(转每分钟)、焊速为200mm/min(毫米每分钟)下可以得到良好的接头，如图6所示。

规格为200×50×2.5mm的T3冷轧态紫铜板，搅拌针直径为6mm，长度为2.1mm，轴肩直径为18mm。在工艺参数为转速600rpm、焊速100mm/min时可以得到成型形良和性能均好的接头，如图7所示。

Claims (6)

1、一种铜及铜合金搅拌摩擦焊接用焊具，其特征在于由夹持体(1)、搅拌头(2)和螺钉(3)组成，夹持体(1)由左右两个同轴圆柱体组成，左侧圆柱体(1-2)的直径小于右侧圆柱体(1-3)的直径，右侧圆柱体(1-3)设置有放入搅拌头(2)的空腔(1-1)，右侧圆柱体(1-3)的空腔(1-1)上下壁设置有垂直于右侧圆柱体(1-3)的轴线的螺纹通孔(1-5)，搅拌头(2)为圆柱体，在搅拌头(2)的右端中间部位设置有向外凸起的搅拌针(2-1)，搅拌头(2)的左端插在空腔(1-1)内，由螺钉(3)拧在螺纹通孔(1-5)中，搅拌头(2)固定在夹持体(1)内。

2、根据权利要求1所述一种铜及铜合金搅拌摩擦焊接用焊具，其特征在于搅拌头(2)的左侧外端面的顶端延轴线方向设置有一个平台(2-2)，平台(2-2)所在的搅拌头(2)的左端置于夹持体(1)的空腔(1-1)中，螺钉(3)尾端与平台(2-2)紧密接触。

3、根据权利要求1所述一种铜及铜合金搅拌摩擦焊接用焊具，其特征在于夹持体(1)左侧圆柱体(1-3)外端面的顶端延轴线方向设置有一个平台(1-6)。

4、根据权利要求3所述一种铜及铜合金搅拌摩擦焊接用焊具，其特征在于焊具夹持体(1)的左侧圆柱体(1-2)的轴线上设置有从左端通到右侧圆柱体(1-3)的空腔(1-1)的通孔(1-4)。

5、根据权利要求4所述一种铜及铜合金搅拌摩擦焊接用焊具，其特征在于焊具的夹持体(1)是高温合金材料。

6、根据权利要求2所述一种铜及铜合金搅拌摩擦焊接用焊具，其特征在于焊具的搅拌头(2)是高熔点材料中的硬质合金材料。

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