CN203343611U - 一种搅拌摩擦焊接用搅拌头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，用于实现定位焊和连续焊的一体式焊接，该搅拌头包括：中心开有轴向通孔的固定套，其一端固定安装在搅拌摩擦焊接设备的旋转主轴上，另一端可拆卸地安装有用于实施定位焊的定位头；同轴套装在该轴向通孔中的提升杆，其一端固定安装在搅拌摩擦焊接设备的回抽芯轴上，突出于固定套端部的另一端固定安装有用于实施连续焊的搅拌针，通过回抽芯轴驱动，提升杆可在轴向通孔内带动搅拌针相对于固定套端部轴向抽动；通过旋转主轴带动定位头旋转实现定位焊，并在拆卸定位焊接头后通过可上下移动的搅拌针实现无匙孔的连续焊。本实用新型在一个搅拌头上集成了定位焊、无匙孔连续焊接的功能，可获得优质的环缝接头。

Description

一种搅拌摩擦焊接用搅拌头

技术领域

本实用新型属于搅拌摩擦焊接技术领域，具体涉及一种用于搅拌摩擦焊接的搅拌头，适用于定位焊和连续焊一体化焊接。 

背景技术

搅拌摩擦焊是一种绿色的固相焊接，其通过高速旋转的搅拌头与金属摩擦生热，使金属处于塑性状态，随着搅拌头向前移动，金属向搅拌头后方流动形成致密焊缝的一种固相焊方法。搅拌摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料，包括金属、部分金属基复合材料及塑料。与传统的熔焊相比，搅拌摩擦焊具有焊接变形小，无污染，且焊缝不会出现裂纹、咬边等熔焊常见的缺陷，广泛地应用于航天、航空、船舶、电子等行业。 

产品在摩擦焊时，常规工序通常先由小搅拌头进行定位焊，再采取整体式搅拌头进行连续焊，以完成产品焊接，即定位焊和连续焊之间需更换不同规格的搅拌头。另外，在进行搅拌摩擦焊时，由于搅拌头的存在，在焊缝收焊的位置会留下搅拌针形状大小的匙孔，而匙孔在采取熔焊的方法进行填充时，会出现气孔、夹杂、裂纹等缺陷。如果要消除匙孔，就需要将搅拌头中的搅拌针需与搅拌摩擦焊设备的提升缸相连，这样在进行搅拌头更换时，需要拆卸提升缸，十分麻烦而且费时费力。 

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，其目的在于通过采用长度可回抽调节及方便拆装的搅拌针，由此解决搅拌针在定位焊和连续焊中更换搅拌头的技术问题，实现无匙孔且可一体化集成的焊接。 

为实现上述目的，本实用新型采用的具体技术方案如下。 

一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，用于实现定位焊和连续焊的一体式焊接，其特征在于，该搅拌头包括： 

中心开有轴向通孔的固定套，其一端固定安装在搅拌摩擦焊接设备的旋转主轴上，另一端可拆卸地安装有用于实施定位焊的定位头； 

同轴套装在该轴向通孔中的提升杆，其一端固定安装在搅拌摩擦焊接设备的回抽芯轴上，突出于固定套端部的另一端固定安装有用于实施连续焊的搅拌针，通过所述回抽芯轴驱动，该提升杆可在所述轴向通孔内带动所述搅拌针相对于所述固定套端部轴向抽动； 

通过所述旋转主轴带动所述定位头旋转实现定位焊，并在拆卸定位焊接头后通过可上下移动的所述搅拌针实现无匙孔的连续焊。 

作为本实用新型的进一步优选，所述提升杆与搅拌针连接的一端端部套接有轴肩，该轴肩为开有轴向中心通孔的筒状，该提升杆的所述另一端端部套装在该中心通孔内，且搅拌针穿过该通孔并突出于外，该轴肩套接在所述固定套的轴向通孔中。 

作为本实用新型的进一步优选，所述定位头与固定套端部连接的一端开有凹孔，所述突出于通孔外的搅拌针容置在该凹孔内，并被所 述定位头包覆。 

作为本实用新型的进一步优选，所述定位头的凹孔侧壁上开有螺纹通孔，所述定位头通过紧固螺钉穿过该螺纹通孔实现与所述固定套可拆卸地连接。 

作为本实用新型的进一步优选，提升杆与固定套的中心通孔之间设置有吸限位键，用于提升杆在径向上的限位，以实现与固定套的同步转动。 

作为本实用新型的进一步优选，本实用新型的搅拌针在连续焊的收焊时，通过回抽芯轴相对焊接点逐渐向上提升，实现无匙孔的焊接。 

本实用新型的搅拌头可实现定位焊、连续焊一体化且无匙孔的焊接。 

本实用新型中，先将限位键嵌入提升杆的凹槽中，将搅拌针通过螺纹拧入提升杆组合成一体，通过提升杆上端的螺纹将其组合体固定在搅拌摩擦焊设备的回抽芯轴上，形成第一组合体；再将轴肩通过螺钉拧入固定套中组成一体，将第二组合体套进第一组合体中，并将第二组合体的上端通过螺钉固定在搅拌摩擦焊设备的主轴上；最后将定位头套装在第二组合体上，通过的螺钉锁紧。 

焊接时，先通过定位头实施定位焊，然后将定位头拆卸下来；调整搅拌针的伸出长度，要求与被焊厚度长例如约0.2mm，然后实施连续焊接，在环缝收焊时，通过搅拌摩擦焊设备的回抽芯轴提升搅拌针逐渐向上运动，直至于轴肩的下端面齐平，从而实现环缝焊接。 

本实用新型采用搅拌针在收焊时逐渐向上提升的方式，从而解决 了匙孔的有效消除，采用将定位头套装在搅拌针的下方并通过螺钉固定的方式，解决了搅拌针与搅拌摩擦焊设备提升缸重复拆卸和装配的难题，从而在一个搅拌头上集成了定位焊、无匙孔连续焊接的功能，获得优质的环缝接头。 

附图说明

图1为本实用新型实施例装配图； 

图2为本实用新型实施例固定套结构示意图； 

图3为本实用新型实施例轴肩结构示意图； 

图4为本实用新型实施例定位头结构示意图； 

图5为本实用新型实施例提升杆结构示意图； 

图6为本实用新型实施例搅拌针结构示意图。 

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。此处说明若涉及到具体实例时仅仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型。 

如图1所示，本实用新型实施例的搅拌头包括固定套1、轴肩2、定位头3、提升杆4、搅拌针5、限位键6以及紧固螺钉7。 

固定套1为轴向开有中心通孔的筒体结构，提升杆4套装在该固定套1的通孔中，并可相对固定套1旋转。其中，位于提升杆4上部的固定套1通孔中，设置有限位键6，其套接在提升杆4上，以限制提升杆4在固定套1径向上的移动。位于提升杆下部的固定套1的通孔中，固定套接有开有通孔的轴肩2，提升杆下部套装在该轴肩2中， 并从而通过该轴肩2与固定套1套接。 

固定套1上端通过螺钉固定设置在搅拌摩擦焊接设备的主轴上，提升杆4端部固定设置有搅拌针5，其可以是以螺纹连接、过盈配合或其它固定连接方式固定在提升杆4的一端头部。提升杆4上端固定在搅拌摩擦焊设备的回抽芯轴上，其可在回抽芯轴的带动下相对固定套1沿轴向上下移动，从而带动搅拌针5上心移动。 

定位头3为具有中空凹槽的定位焊接头，其套装在固定套1的下端端部，搅拌针突出于固定套1下端，并置于定位头3的中空凹槽中，该定位头3可通过紧固螺钉7可拆卸地固定在固定套1的下端。 

图2为固定套结构示意图，本实施例中，固定套1主要起连接搅拌摩擦焊设备主轴和轴肩的作用，其材料优选为Q235钢，其上端与设备的主轴连接，其圆柱形外径与搅拌摩擦焊设备主轴的装配内孔为间隙配合，间隙大小优选为0.4mm～0.6mm，为了方便固定，在圆柱形上铣一平台。其圆柱形内径与提升杆的外径为间隙配合，间隙大小优选为0.2mm～0.4mm，且在圆柱体内侧加工2条长形凹槽，其凹槽优选长为55mm～65mm，深为4mm，宽为5mm。固定套下端圆柱体内侧加工成螺纹孔，与轴肩的上端外径螺纹连接。固定套1与搅拌摩擦焊设备主轴的装配的外径为D1，其为圆柱形，其上铣有一平台，其宽度为L1；与提升杆4装配的固定套1的通孔内径为D2，固定套1下端内侧与轴肩2的上端装配处加工有螺纹孔M1。 

图3为轴肩2结构示意图，轴肩2的上端圆柱面加工成螺纹M2，中间部位加工成一圆形凸环，其直径D3，轴肩2内轴向加工有一T 型通孔，其孔径分别为D4和D5，轴肩下端端面外径为D6。本实施例中，轴肩2主要起着与焊缝金属的表层摩擦产热，一般采用H13热作模具钢，该材料具有良好的抗高温软化性能，由于含碳量比较低而且总合金含量也比较低，通常在HRC40～HRC55工作硬度下具有良好的韧性。轴肩的上端圆柱面加工成螺纹，与固定套下端螺纹连接，中间部位加工成一圆形凸环，宽为8mm，其外径与固定套的下端圆柱体外径相同；轴肩内形加工成一T型孔，靠近上端的内孔比提升杆的外径大0.2mm～0.4mm，靠近下端的内孔比搅拌针的外径大0.2mm；轴肩下端端面需与被焊金属摩擦产热，其外径为24mm～28mm，内型面倾斜11°，边缘倒圆R1；轴肩下端外圆面对称铣扁，以方面固定定位头。 

图4为定位头3结构示意图，其为设有凹孔的柱状结构，上端外径为D7，并在凹孔内壁上加工螺纹通孔M8，其内径为D8。定位头主要起定位焊接作用，其材料采用H13热作模具钢，其上端外径与轴肩的圆形凸环外径相同，且对称两侧铣扁，在铣扁位置加工M8的螺纹孔，内径与轴肩下端外径为间隙配合，间隙大小为0.15mm～0.25mm，定位头的下端直径为12mm～16mm，凸出部位直径为5mm，长为5mm。 

图5为提升杆4结构示意图，其为杆状，上端M3加工有M16×2的螺纹，其下端外径为D10，中间部位加工2各长形凹槽，槽长为L5，提升杆4下端开有凹孔M4，其优选为M10×2的内螺纹孔。提升杆主要起收焊时向上提升搅拌针的作用，其材料采用H13热作 模具钢，其上端加工成M16螺纹，与搅拌摩擦焊设备回抽芯轴连接，其下端外径与固定套内径和轴肩的内径为间隙配合，间隙大小为0.2mm～0.4mm，中间部位加工2各长形凹槽，起固定限位键的作用，槽长为25mm，槽宽为5mm，深为2.5mm，提升杆下端内形加工M10的螺纹孔，起固定搅拌针的作用。 

图6为搅拌针5结构示意图，其为柱体结构，其中上端M5加工有M10×2的螺纹，搅拌针5下端加工成锥形体，半锥角可为10°，锥形体表面加工有右旋螺纹且开三斜槽。搅拌针主要起搅拌作用，其材料采用H13热作模具钢，其上端加工成M10螺纹，通过螺纹固定在提升杆的下端，搅拌针下端加工成锥形体，半锥角为8°～10°，锥形体表面加工有右旋螺纹且开三斜槽，搅拌针下端锥形体凸出轴肩下端面的长度可通过搅拌针拧入提升杆内螺纹的深度调节。 

限位键6主要起固定套与提升杆同时旋转时限制其相对运动，本实施例中，限位键的材料为Q235钢，长度为25mm，宽为5mm，高为6mm。 

紧固螺钉7主要起固定定位头的作用，由于需重复装配拆卸，本实施例中，其材料为H13热作模具钢,螺钉规格为M8×2。 

装配时，先将限位键6嵌入提升杆4的凹槽中，将搅拌针5通过螺纹拧入提升杆4组合成一体，通过提升杆4上端的螺纹将其组合体固定在搅拌摩擦焊设备的回抽芯轴上，形成第一组合体。再将轴肩2通过螺钉拧入固定套1中组成合一体，形成第二组合体，将第一组合体套进第二组合体，并将第二组合体的上端通过螺钉固定在搅拌摩擦 焊设备的主轴上；最后将定位头3套装在第二组合体上，例如可通过2个M8的螺钉锁紧。 

本实施例中，可以优选通过定位头3实施5A06铝合金回转体环缝的定位焊，采用例如旋转速度为800rpm，焊接速度为300mm/min完成定位焊后，将紧固螺钉7拧出，拆卸调定位头3；调整搅拌针5的伸出长度，要求与被焊厚度长约0.2mm，然后实施铝合金回转体环缝的连续焊接，在环缝收焊时，通过搅拌摩擦焊设备的回抽芯轴提升搅拌针逐渐向上运动，直至于轴肩的下端面齐平，从而实现无匙孔的环缝焊接。 

采用本实用新型的装置实施焊接后，焊缝经X射线检测，未发现超标缺陷，满足熔焊QJ2698-95I级焊缝标准，5A06铝合金焊缝的抗拉强度为330MPa，屈服强度为175MPa，延伸率为17％，焊缝经金相检测，焊缝组织优良。 

本实用新型的定位焊和连续焊集成式搅拌摩擦焊接用搅拌头材料的选择、结构形式以及使用方法，实现了铝合金回转体的定位焊和无匙孔的连续焊接，而且焊缝接头优良。 

Claims (10)

1.一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，用于实现定位焊和连续焊的一体式焊接，其特征在于，该搅拌头包括：

中心开有轴向通孔的固定套（1），其一端固定安装在搅拌摩擦焊接设备的旋转主轴上，另一端可拆卸地安装有用于实施定位焊的定位头（3）；

同轴套装在该轴向通孔中的提升杆（4），其一端固定安装在搅拌摩擦焊接设备的回抽芯轴上，突出于固定套（1）端部的另一端固定安装有用于实施连续焊的搅拌针（5），通过所述回抽芯轴驱动，该提升杆（4）可在所述轴向通孔内带动所述搅拌针（5）相对于所述固定套（1）端部轴向抽动；

通过所述旋转主轴带动所述定位头（3）旋转实现定位焊，并在拆卸定位焊接头（3）后通过可上下移动的所述搅拌针（5）实现无匙孔的连续焊。

2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，其特征在于，所述提升杆（4）与搅拌针（5）连接的一端端部套接有轴肩（2），该轴肩（2）为开有轴向中心通孔的筒状，该提升杆（4）的所述另一端端部套装在该中心通孔内，且搅拌针（5）穿过该通孔并突出于外，该轴肩（2）套接在所述固定套（1）的轴向通孔中。

3.根据权利要求1或2所述的一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，其特征在于，所述定位头（3）与固定套（1）端部连接的一端开有凹孔，所述突出于通孔外的搅拌针（5）容置在该凹孔内，并被所述定位头（3）包覆。

4.根据权利要求3所述的一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，其特征在于，所述定位头（3）与固定套（1）端部连接的一端开有凹孔，所述突出于通孔外的搅拌针（5）容置在该凹孔内，并被所述定位头（3）包覆。

5.根据权利要求1或2或4所述的一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，其特征在于，所述定位头（3）的凹孔侧壁上开有螺纹通孔，所述定位头（3）通过紧固螺钉（7）穿过该螺纹通孔实现与所述固定套可拆卸地连接。

6.根据权利要求3所述的一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，其特征在于，所述定位头（3）的凹孔侧壁上开有螺纹通孔，所述定位头（3）通过紧固螺钉（7）穿过该螺纹通孔实现与所述固定套可拆卸地连接。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，其特征在于，所述提升杆（4）与固定套（1）的中心通孔之间设置有吸限位键，用于提升杆（4）在径向上的限位，以实现与固定套（1）的同步转动。

8.根据权利要求3所述的一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，其特征在于，所述提升杆（4）与固定套（1）的中心通孔之间设置有限位键（6），用于提升杆（4）在径向上的限位，以实现与固定套（1）的同步转动。

9.根据权利要求5所述的一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，其特征在于，所述提升杆（4）与固定套（1）的中心通孔之间设置有限位键（6），用于提升杆（4）在径向上的限位，以实现与固定套（1）的同步转动。

10.根据权利要求1、2、4、6、8或9所述的一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，其特征在于，所述搅拌针（5）在连续焊的收焊时，通过回抽芯轴相对焊接点逐渐向上提升，实现无匙孔的焊接。

Images