CN205200794U - 一种搅拌摩擦焊用双轴肩的搅拌头 - Google Patents

Abstract

本实用新型是由上轴肩1、搅拌针体2、下轴肩8、压簧7、压簧托盘6构成，其中搅拌针体2由轴柄连接搅拌针23，搅拌针23另一端再连接花键24，花键24另一端再连接下螺杆25形成的同轴一体构件；上轴肩1的轴柄孔与搅拌针体2的轴柄紧固连接，下轴肩8的花键通孔与搅拌针体2的花键24滑动配合连接，压簧托盘6的通孔与搅拌针体2的下螺杆25配合连接，并在下轴肩8与压簧托盘6之间套有压簧7。其优点是可在焊前调节轴肩对焊接母材9的压力，焊接中对焊接母材9厚度变化适应性强，可保持较均匀的摩擦压力使热输入稳定，从而改善接头组织和力学性能，适用于板材和中空构件焊接；结构简单，焊接中遇障碍不易损坏，搅拌针体2容易更换。

Description

一种搅拌摩擦焊用双轴肩的搅拌头

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接技术，是一种搅拌摩擦焊用搅拌头。

背景技术

搅拌摩擦焊用搅拌头是搅拌摩擦焊的重要焊接元件，目前搅拌摩擦焊接多采用单肩搅拌头，存在焊接接头根部“焊不透”缺陷及焊接中空构件（无背部支撑焊接）困难等问题，为此发展了双轴肩搅拌头及其焊接技术，但双轴肩搅拌头结构复杂造价较高，其搅拌针一旦损坏则整个搅拌头报废，专利申请201410691524.X提出一种可更换搅拌针的双轴肩搅拌摩擦焊用搅拌头，可较方便更换不同板厚的搅拌针，但搅拌针选定后，其双轴肩间距在焊接过程中不能调节改变，而实际焊接生产中，轧制或挤压的焊接母材及构件在焊接方向的接头厚度存在偏差，其焊接装卡也存在误差，使采用双轴肩固定的搅拌头在焊接中的摩擦力发生变化，致使热输入不均匀，从而导致整条接头的力学性能不一致，且为保证热输入，往往将双轴肩间距调整偏小，从而出现接头过热（使接头晶粒增大，强度降低）、搅拌头寿命降低或损坏及焊接设备载荷增大等问题。

发明内容

为解决上述双轴肩搅拌头存在的问题，本发明提供一种搅拌摩擦焊用双轴肩的搅拌头，可在焊前调节轴肩对接头表面压力，在线自适应焊接接头厚度变化使热输入均匀稳定，从而改善接头组织形态和力学性能。

本发明的技术方案是：一种搅拌摩擦焊用双轴肩的搅拌头的特征是搅拌头由上轴肩、搅拌针体、下轴肩、压簧、压簧托盘构成，其中：

1）搅拌针体由轴柄连接搅拌针，搅拌针再连接花键，花键再连接下螺杆形成同轴一体构件；

2）在上轴肩轴心沿轴向制有同轴的轴柄孔，轴柄孔与搅拌针体的轴柄紧密连接；

3）在下轴肩轴心沿轴向制有同轴的花键通孔并与搅拌针体的花键配合连接，下轴肩外圆加工有可定位压簧的凸台；

4）在压簧托盘轴心沿轴向制有同轴的通孔，与搅拌针体的下螺杆连接；

5）在下轴肩与压簧托盘之间安装压簧。

所述的搅拌针体的轴柄为带有自锁锥度的圆柄。

所述的搅拌针体的轴柄是由连接螺杆连接定位台阶构成。

所述的上轴肩的轴柄孔是带有自锁锥度的与搅拌针体的轴柄紧密插接的圆孔。

所述的上轴肩的轴柄孔为内螺纹孔，与搅拌针体的连接螺杆螺纹连接，并由定位台阶将二者定位。

所述的定位台阶与上轴肩的接触面为圆锥面或圆柱面。

所述的花键为齿形花键，其齿数为1～10。

所述的花键为六面体形花键或为四面体形花键。

所述的在压簧托盘轴心沿轴向制有同轴的通孔是螺纹通孔，与搅拌针体的下螺杆螺纹连接。

所述的压簧托盘轴心沿轴向制有同轴的通孔是光滑通孔，与搅拌针体的下螺杆滑动连接，并在压簧托盘下部安装与搅拌针体的下螺杆螺纹连接的调节螺母。

所述的调节螺母是带有锁紧机构的调节螺母。

所述的调节螺母是其调节螺母与锁紧螺母的组合。

所述的调节螺母与锁紧螺母的组合是在其调节螺母与锁紧螺母之间装配弹簧垫圈。

所述的制有螺纹通孔的压簧托盘是带有锁紧机构的压簧托盘。

所述的制有螺纹通孔的压簧托盘是其压簧托盘与调节螺母的组合。

所述的制有螺纹通孔的压簧托盘与调节螺母的组合是在其压簧托盘与调节螺母之间装配弹簧垫圈。

所述的压簧为螺旋压簧或碟簧。

本发明使用时，将本发明的上轴肩直接或通过连接套安装于搅拌摩擦焊机上，然后可先在导焊板（或导焊机构）上调整搅拌头的压簧托盘或调节螺母，使上、下轴肩对焊接接头表面的压力达到所需要求，再将导焊板（或导焊机构）与焊接母材对接后开机对焊接母材进行焊接。

本发明的有益效果：

1）可在焊前方便调节轴肩对母材表面的压力，在焊接中对母材厚度变化适应性强，可保持较均匀的摩擦压力使热输入均匀稳定，从而改善接头组织形态、提高接头力学性能；

2）可完全消除未焊透或根部缺陷等问题，既适用于厚板焊接，也适用于薄板焊接，尤其适用于中空构件焊接；

3）本发明结构较为简单，焊接中遇障碍不易损坏，搅拌针体拆装方便，容易更换。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图，其中：1为上轴肩，11为上轴肩摩擦面；2为搅拌针体，包括21为连接螺杆，22为定位台阶，23为搅拌针，24为花键，25为下螺杆；3为弹簧垫圈；4为锁紧螺母；5为调节螺母；6为压簧托盘；7为压簧；8为下轴肩，81为下轴肩摩擦面；9为焊接母材。

图2为本发明所述搅拌针体的一种齿形花键与下轴肩连接示意图（图1的A剖面图），其中：24为花键，8为下轴肩。

图3为本发明所述搅拌针体的一种六面体形花键与下轴肩连接示意图（图1的A剖面图），其中：24为花键，8为下轴肩。

图4为本发明所述搅拌针体的一种四面体形花键与下轴肩连接示意图（图1的A剖面图），其中：24为花键，8为下轴肩。

图5为本发明所述制有螺纹通孔的一种压簧托盘示意图，其中：6为压簧托盘。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的一种实施例进行说明。

本发明可选用高强耐热合金材料分别加工上轴肩1、下轴肩8、搅拌针体2及压簧7，对所用材料按加工工序进行加工热处理和强化热处理及表面强化处理；试验用焊接母材9选用6mm厚6005A-T6(GB/T6892)铝合金板材和型材。

本发明主要由上轴肩1、搅拌针体2、下轴肩8、压簧7、压簧托盘6构成。

搅拌针体2由轴柄连接搅拌针23，搅拌针23再连接花键24，花键24再连接下螺杆25形成同轴一体构件；搅拌针体2的轴柄可为带有自锁锥度的圆柄，也可由连接螺杆21连接定位台阶22构成。

在上轴肩1的轴心沿轴向加工同轴的轴柄孔，轴柄孔与搅拌针体2的轴柄紧密连接；上轴肩1的轴柄孔可为带有自锁锥度的圆孔，可与搅拌针体2的轴柄紧密插接，并可通过上轴肩轴壁的与轴柄孔相通的拆卸孔将搅拌针体拆下；上轴肩1的轴柄孔也可为内螺纹孔，与搅拌针体2的连接螺杆21螺纹连接，并由定位台阶22将二者定位。

上轴肩1的圆柄部位加工为可直接安装于搅拌摩擦焊机尺寸或加工为与连接套连接的尺寸；在上轴肩摩擦面11的心部轴向加工通孔或盲孔，并在其孔口加工圆锥形定位面，再向其孔内加工螺纹；上轴肩摩擦面11的直径约φ22mm～φ30mm，通孔（或盲孔）直径约φ6mm～φ12mm，加工螺孔深度约20mm～50mm。

搅拌针体由连接螺杆21、定位台阶22、搅拌针23、花键24及下螺杆25一体构成，即将搅拌针体2的上端轴柄加工为可与上轴肩1的螺孔螺纹连接的连接螺杆21，并在连接螺杆21的下端加工可与上轴肩1的圆锥形定位面配合的圆锥形的定位台阶22（由此可降低搅拌针体连接螺杆的应力集中），再在定位台阶22的下端加工搅拌针23，然后在搅拌针23的下端加工花键24，再在花键24的下端加工下螺杆25；搅拌针23可为螺纹形状，直径约φ4mm～φ8mm，长度大于或同于焊接母材9的厚度；花键24的截面形状可为图2所示的齿形（齿数为1～10），也可为图3所示的六角形，也可为图4所示的四方形；下螺杆25的直径约M4mm～M10mm。

下轴肩8在轴心沿轴向加工花键通孔，花键通孔的截面形状可为与搅拌针体2的花键24配合连接的齿形或六角形或四方形，当搅拌针体转动时，通过花键连接带动下轴肩同轴转动；在下轴肩8外圆靠下轴肩摩擦面81一侧加工有定位压簧7的凸台，可将套入的压簧7的一端定位；下轴肩摩擦面81的直径可等于或小于上轴肩摩擦面11的直径，约为φ15mm～φ30mm。

调节螺母5可以是带有锁紧机构或是与锁紧螺母4的组合或是组合后在其调节螺母5与锁紧螺母4之间装配弹簧垫圈3。

压簧托盘6可如图5所示在轴心沿轴向加工螺纹通孔，也可在压簧托盘6上安装锁紧顶丝，也可把压簧托盘6在轴心沿轴向加工无螺纹通孔；压簧托盘6可以是与调节螺母5的组合；也可在压簧托盘6与调节螺母5之间装配弹簧垫圈3。

压簧7可选用螺旋压簧或碟簧，选用螺旋压簧时，其钢丝线径可为φ4mm～φ6mm，刚度约100N/mm～500N/mm（根据搅拌头双肩对焊接接头的压力及变化敏感度来设计弹簧刚度，与弹簧外径、材质、组织、线径、螺距等有关），圈数可为1～4。

装配：将搅拌针体2的连接螺杆21与上轴肩1的内螺孔连接，直至定位台阶22与上轴肩1的孔口圆锥形定位面紧密贴合，再把下轴肩8经下螺杆25套在花键24的外面，再套上压簧7并顶在下轴肩8外圆的凸台上，再将带螺纹通孔的压簧托盘6螺纹连接于螺杆25或将通孔无螺纹的压簧托盘6套入螺杆25；再用调节螺母5连接于螺杆25，再套入弹簧垫圈3后用锁紧螺母4连接于螺杆25，由此形成本发明实施例的搅拌摩擦焊用的搅拌头。

将搅拌头安装于搅拌摩擦焊机上，并将导焊板（或导焊机构）夹于搅拌头的搅拌针23处，用压簧托盘6、调节螺母5及锁紧螺母4调整压簧7对导焊板（或导焊机构）的压力，再把导焊板（或导焊机构）与焊接母材（板材或中空构件）对接固定，然后可开机对焊接母材进行焊接。

Claims (6)

1.一种搅拌摩擦焊用双轴肩的搅拌头，其特征是搅拌头由上轴肩(1)、搅拌针体(2)、下轴肩(8)、压簧(7)、压簧托盘(6)构成，其中：搅拌针体(2)是由轴柄连接搅拌针(23)，然后搅拌针(23)另一端再连接花键(24)，然后花键(24)另一端再连接下螺杆(25)形成的同轴一体构件；上轴肩(1)的轴心沿轴向制有同轴的轴柄孔，轴柄孔与搅拌针体(2)的轴柄紧密连接；下轴肩(8)轴心沿轴向制有同轴的花键通孔，花键通孔与搅拌针体(2)的花键(24)配合连接；压簧托盘(6)轴心沿轴向制有同轴的通孔，通孔与搅拌针体(2)的下螺杆(25)连接；在下轴肩(8)与压簧托盘(6)之间套有压簧(7)。

2.根据权利要求1所述的搅拌头，其特征是所述的搅拌针体(2)的轴柄为带有自锁锥度的圆柄；上轴肩(1)的轴柄孔是带有自锁锥度的与搅拌针体(2)的轴柄紧密插接的圆孔。

3.根据权利要求1所述的搅拌头，其特征是所述的搅拌针体(2)的轴柄是由连接螺杆(21)连接定位台阶(22)构成；上轴肩(1)的轴柄孔为内螺纹孔，与搅拌针体(2)的连接螺杆(21)螺纹连接，并由定位台阶(22)将二者定位。

4.根据权利要求1所述的搅拌头，其特征是在所述的压簧托盘(6)轴心沿轴向制有同轴的通孔是螺纹通孔，与搅拌针体(2)的下螺杆(25)螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的搅拌头，其特征是所述的压簧托盘(6)轴心沿轴向制有同轴的通孔是光滑通孔，与搅拌针体(2)的下螺杆(25)滑动连接，并在压簧托盘(6)下部安装与搅拌针体(2)的下螺杆(25)螺纹连接的调节螺母(5)。

6.根据权利要求1所述的搅拌头，其特征是所述的制有螺纹通孔的压簧托盘(6)是其压簧托盘(6)与调节螺母(5)的组合。