CN203018905U - 搅拌摩擦焊的装配式焊头结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种搅拌摩擦焊的装配式焊头结构包括搅拌针和压料杆，搅拌针包括锥形头部、定位部和螺纹杆部，其中锥形头部为螺纹结构，压料杆的前端面具有平面螺纹，并且压料杆的前端内部具有与螺纹杆部相配合的螺纹孔和与定位部配合的定位孔。本实用新型将搅拌摩擦焊的焊头分解为可分别加工再组装的搅拌针和压料杆，因此搅拌针的锥形头部螺纹可以加工到其根部，这样螺纹产生的向下挤压力更大，使得锻造压力增大，焊缝的材料组织更致密，焊接强度也进一步提高。同时，压料杆与工件接触的端面加工有完整的平面螺纹，使得端面接触到的材料被平面螺纹挤压至焊头旋转中心，并被搅拌针锥形头部的螺纹挤压进焊缝，使焊接后的焊缝更加符合要求。

Description

搅拌摩擦焊的装配式焊头结构

技术领域

本实用新型与焊接工具有关，具体属于一种用于搅拌摩擦焊的装配式焊头结构，可应用于新能源汽车中电力电子控制器部件的制造。

背景技术

英国焊接研究所（TWI）于1991年发明了搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding,简称FSW），这是一种创新的固相连接技术，该技术衍生于传统摩擦焊，适用于长直焊缝的焊接。与传统的熔焊方法相比，搅拌摩擦焊接具有焊缝晶粒细小、无烟尘、无飞溅、无气孔、无需焊料、焊接时不需要保护气体、焊后工件应力小和变形小等优点，特别适合于铝合金的焊接。

搅拌摩擦焊是一种纯机械化的连续的固相连接方法，如图1所示，在焊接过程中，一个柱形带特殊轴肩和针凸（即搅拌头）的焊头旋转，搅拌头缓慢插入被焊工件的待焊接处，搅拌头和被焊材料之间的摩擦剪切阻力产生了摩擦热，使材料软化发生塑性变形，当焊头受到驱动沿着待焊界面向前移动时，热塑化的材料由搅拌头的前部向后部转移，并且在焊头轴肩的锻造作用下，实现工件之间的固相连接。

然而，目前用于搅拌摩擦焊的焊头通常为整体式，焊头的搅拌头螺纹不能加工至搅拌头的根部（即焊头轴肩处），故搅拌头的螺纹沿轴向产生的向下挤压力不够大。此外，焊头轴肩端面直径增大可以使焊头肩部以下的材料热量更容易保持，但是也容易把焊头轴肩端面接触到的材料排挤掉，焊接后产生焊缝缺料。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种搅拌摩擦焊的装配式焊头结构，可以增加焊头的向下挤压力，提高焊缝质量和焊接强度。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的搅拌摩擦焊的装配式焊头结构包括搅拌针和压料杆，所述搅拌针包括锥形头部和螺纹杆部，其中锥形头部为螺纹结构，所述压料杆的前端面具有平面螺纹，并且压料杆的前端内部具有与螺纹杆部相配合的螺纹孔。

进一步的，所述搅拌针的锥形头部和螺纹杆部之间具有一圆柱状的定位部，压料杆的螺纹孔前部具有与定位部配合的定位孔。较佳的，搅拌针的定位部与压料杆的定位孔之间的径向间隙为0.01～0.02mm，定位部的轴向长度大于定位部直径的五分之三。所述压料杆的螺纹孔和定位孔之间具有一圆柱孔，该圆柱孔与螺纹杆部的退刀段配合。

进一步的，所述螺纹杆部与螺纹孔的连接旋向与焊头的工作旋向相同。也就是说，所述焊头的工作旋向为顺时针，螺纹杆部为右旋螺纹，所述焊头的工作旋向为逆时针，螺纹杆部为左旋螺纹。

优选的，所述搅拌针和压料杆均为高速钢。

本实用新型将搅拌摩擦焊的焊头分解为可分别加工再组装的搅拌针和压料杆，因此搅拌针的锥形头部螺纹可以加工到其根部，这样螺纹产生的向下挤压力更大，使得锻造压力增大，焊缝的材料组织更致密，焊接强度也进一步提高。同时，压料杆与工件接触的端面加工有完整的平面螺纹，使得端面接触到的材料被平面螺纹挤压至焊头旋转中心，并被搅拌针锥形头部的螺纹挤压进焊缝，使焊接后的焊缝更加符合要求。

附图说明

图1是搅拌摩擦焊的原理示意图；

图2是本实用新型中装配式焊头结构的搅拌针的结构示意图；

图3是本实用新型中装配式焊头结构的压料杆的结构示意图；

图4是图3中压料杆的仰视图；

图5是图3所示压料杆的前端面的结构示意图；

图6是图3的局部放大图。

其中附图标记说明如下：

1搅拌针        11锥形头部

12螺纹杆部     13定位部

2压料杆        21平面螺纹

22螺纹孔       23定位孔

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型提供的搅拌摩擦焊的装配式焊头结构包括搅拌针1和压料杆2，所述搅拌针1包括锥形头部11、定位部13和螺纹杆部12，如图2所示，其中锥形头部11为螺纹结构，定位部13为圆柱状并连接锥形头部11和螺纹杆部12。压料杆2的前端面具有平面螺纹21，如图4、图5所示，并且压料杆2的前端内部具有与螺纹杆部12相配合的螺纹孔22以及与定位部13配合的定位孔23，如图3、图6所示。搅拌针1的定位部13和压料杆2的定位孔23配合可以保证搅拌针和压料杆装配后的同轴度以及搅拌针与压料杆前端面的垂直度，避免了焊头在工作运行过程中出现剧烈抖动的情况。为此较佳的，搅拌针1的定位部13与压料杆2的定位孔23之间的径向间隙为0.01～0.02mm，定位部13和定位孔23的配合部分的轴向长度大于定位部13直径的五分之三。

此外，压料杆2的螺纹孔22和定位孔23之间具有一圆柱孔，该圆柱孔可以避让搅拌针连接螺纹的退刀部分（退刀部分螺纹不完整或无螺纹），以利于装配时搅拌针能完全装配到底。

本实用新型将搅拌摩擦焊的焊头在结构上拆分成搅拌针1和压料杆2两部分，该搅拌针1和压料杆2可以分别加工，完成后再通过螺纹杆部12和螺纹孔22装配成整体。成为独立零件的搅拌针1在加工时没有压料杆2的阻挡，因此锥形头部11可以整体加工有螺纹。同样的，压料杆2在没有搅拌针1的妨碍下，其端面上的平面螺纹21也可以加工完整。

搅拌针1的螺纹杆部12与压料杆2的螺纹孔22的连接旋向与焊头的工作旋向相同，当焊头的工作旋向为顺时针时螺纹杆部12为右旋螺纹，当焊头的工作旋向为逆时针时螺纹杆部12为左旋螺纹，这样保证装配后搅拌针1和压料杆2之间不会松动。

搅拌针1和压料杆2的材料均采用高速钢，淬火回火后硬度达到HRC62以上，保证了搅拌摩擦焊焊头的耐磨性和强度。

本实用新型将搅拌摩擦焊的焊头分解为可分别加工再组装的搅拌针和压料杆，因此搅拌针的锥形头部螺纹可以加工到其根部，这样螺纹产生的向下挤压力更大，使得锻造压力增大，焊缝的材料组织更致密，焊接强度也进一步提高。同时，压料杆与工件接触的端面加工有完整的平面螺纹，使得端面接触到的材料被平面螺纹挤压至焊头旋转中心，并被搅拌针锥形头部的螺纹挤压进焊缝，使焊接后的焊缝更加符合要求。

以上通过具体实施例对本实用新型进行了详细的说明，该实施例仅仅是本实用新型的较佳实施例，其并非对本实用新型进行限制。在不脱离本实用新型原理的情况下，本领域的技术人员对搅拌针的形状或压料杆的结构及二者的连接方式等做出的等效置换和改进，均应视为在本实用新型所保护的技术范畴内。

Claims (9)

1.一种搅拌摩擦焊的装配式焊头结构，其特征在于，包括搅拌针（1）和压料杆（2），所述搅拌针（1）包括锥形头部（11）和螺纹杆部（12），其中锥形头部（11）为螺纹结构，所述压料杆（2）的前端面具有平面螺纹（21），并且压料杆（2）的前端内部具有与螺纹杆部（12）相配合的螺纹孔（22）。

2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊的装配式焊头结构，其特征在于，所述搅拌针（1）的锥形头部（11）和螺纹杆部（12）之间具有一圆柱状的定位部（13），压料杆（2）的螺纹孔（22）前部具有与定位部（13）配合的定位孔（23）。

3.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊的装配式焊头结构，其特征在于，所述搅拌针（1）的定位部（13）与压料杆（2）的定位孔（23）之间的径向间隙为0.01～0.02mm。

4.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊的装配式焊头结构，其特征在于，所述定位部（13）的轴向长度大于定位部（13）直径的五分之三。

5.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊的装配式焊头结构，其特征在于，所述压料杆（2）的螺纹孔（22）和定位孔（23）之间具有一圆柱孔，该圆柱孔与螺纹杆部（12）的退刀段配合。

6.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊的装配式焊头结构，其特征在于，所述螺纹杆部（12）与螺纹孔（22）的连接旋向与焊头的工作旋向相同。

7.根据权利要求6所述的搅拌摩擦焊的装配式焊头结构，其特征在于，所述焊头的工作旋向为顺时针，螺纹杆部（12）为右旋螺纹。

8.根据权利要求6所述的搅拌摩擦焊的装配式焊头结构，其特征在于，所述焊头的工作旋向为逆时针，螺纹杆部（12）为左旋螺纹。

9.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊的装配式焊头结构，其特征在于，所述搅拌针（1）和压料杆（2）均为高速钢。

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