CN206474798U - 一种双轴肩搅拌摩擦头气液联合冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双轴肩搅拌摩擦头气液联合冷却装置，所述上轴肩沿轴线设有不通的中心孔，在中心孔底部设有若干个与中心孔垂直的导气孔，在中心孔的顶部安装有导气扇，焊接过程中随搅拌头高速旋转产生巨大的下降气流，强行带走搅拌头中心的热量并从上轴肩下部的导气孔中排出；所述下轴肩下方安装有空心锥体，所述空心锥体包含壳体，壳体的底部设有开口，在壳体内壁上设有螺纹，在下轴肩和壳体上均设有孔，壳体的下方设有水槽，开口位于水槽内。本实用新型的一种双轴肩搅拌摩擦头气液联合冷却装置，采用空气气流和冷却液相结合的方式对搅拌摩擦头上下轴肩的非焊接部位进行冷却，降低了搅拌摩擦头的温度，也间接控制焊接温度场。

Description

一种双轴肩搅拌摩擦头气液联合冷却装置

技术领域

本实用新型涉及双轴肩搅拌摩擦头气液联合冷却装置，属于焊接领域。

背景技术

自英国焊接研究所(TWI)于1991年实用新型了搅拌摩擦焊接方法以来，这项技术因其焊接变形小、残余应力小，无需保护气体和填充材料，可消除气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷，不产生弧光、烟尘、噪音污染等，同时能显著降低成本、节省材料、优化结构、减轻飞行器的结构重量等特点受到各国科研机构的关注。由于这项技术具有很多其他方法所不具备的显著特点，它很快就被用于航天领域，新一代运载火箭芯级贮箱筒段纵缝的焊接就是选用这种方法。尽管利用搅拌摩擦焊接方法可以获得高质量的焊接接头，但仍然存在很多难点，如搅拌头在高温下容易磨损，影响其使用寿命。因此如何降低搅拌头的工作温度成了重要的工作。

专利(申请号201310139472.0)设计了专门的搅拌头和工件冷却器，搅拌头冷却器安装在被焊接工件保护器上端，搅拌头安装在搅拌头冷却器和被焊接工件保护器之中，冷却介质用于间接冷却搅拌摩擦头，且所述冷却器结构复杂；专利(申请号03134361.9)同样通过冷却介质间接冷却搅拌摩擦头，所设计的冷却液系统结构复杂，但显然这个方法所需要的冷却装置较大且适用性不强；此外还有专利(申请号201310449604.X)通过固定设置在主轴头机箱的下方冷却盘来冷却主轴头的杆部，但需要多种进油管路、出油管路，需要设计蓄能器和平衡阀，实际上还是一种间接冷却方法。因此设计出一种既能最大程度实现搅拌摩擦头冷却功能、又能最大程度地避免影响焊接质量、又能够简单快速操作的冷却方法和装置成为了一个迫在眉睫的重要任务。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种双轴肩搅拌摩擦头气液联合冷却装置，采用空气气流和冷却液相结合的方式对搅拌摩擦头上下轴肩的非焊接部位进行冷却，降低了搅拌摩擦头的温度，也间接控制焊接温度场。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的双轴肩搅拌摩擦头气液联合冷却装置，该双轴肩搅拌摩擦头包含上轴肩和下轴肩，上轴肩与下轴肩之间连接有搅拌针，所述上轴肩沿轴线设有不通的中心孔，在中心孔底部设有若干个与中心孔垂直的导气孔，在中心孔的顶部安装有导气扇，焊接过程中随搅拌头高速旋转产生巨大的下降气流，强行带走搅拌头中心的热量并从上轴肩下部的导气孔中排出；所述下轴肩下方安装有空心锥体，所述空心锥体包含壳体，壳体的底部设有开口，在壳体内壁上设有螺纹，在下轴肩和壳体上均设有孔，壳体的下方设有水槽，开口位于水槽内，通过壳体内壁的螺纹带动水槽内的冷却水进入到下轴肩上，并通过下轴肩和壳体的孔排出壳体外，高速旋转时冷却液将沿着空心锥体的螺纹向上爬升通过下轴肩孔中，实现冷却。

作为优选，所述空心锥体与下轴肩之间设有圆形挡盖，圆形挡盖将从下轴肩孔里甩出来的冷却水挡住后，由于重力冷却水下回到水槽中。

作为优选，所述导气扇采用钎焊的方式固定于搅拌头上轴肩中心孔的顶部，使其在焊接过程中随搅拌头高速旋转产生下降气流。

作为优选，所述空心锥体通过内螺纹与下轴肩相配合，并且将圆形挡盖固定于两者之间的台阶上，焊接过程中圆形挡盖和空心锥体随搅拌头同步高速旋转；空心锥体相对于下轴肩的旋紧方向与焊接过程中搅拌头旋转方向相反，防止焊接过程中圆形挡盖和空心锥体随搅拌头同步高速旋转时脱落。

作为优选，所述水槽上部两侧向内弯折，形成窄口，窄口宽超过圆形挡盖直径，水槽的深度必须超过搅拌头的最大行程。

在本实用新型中，该搅拌头采用了分体式的结构，搅拌头上轴肩的底部和搅拌头下轴肩的顶部中心分别加工了内螺纹孔，可以通过搅拌针连接起来。搅拌头上轴肩垂直方向开有中心孔，冷却液平方向开有交叉型的导气孔。在中心孔的顶部通过钎焊的方式固定一个三叶导气扇，注意导气扇顺时针方向高速旋转时产生垂直向下的空气推力。焊接过程中，随着搅拌摩擦头高速旋转，导气扇不断产生巨大的下降气流，迫使上轴肩中心孔的高温气体向下运动并通过导气孔排出，同时导气扇还将不断吸入搅拌头上方的低温气体，实现搅拌头上轴肩内部气流的冷热交替，完成对搅拌头上轴肩的冷却。

搅拌摩擦头下轴肩下端的外螺纹与空心锥体的内螺纹相配合。圆形挡盖固定在下轴肩的台阶上，通过空心锥体锁紧在下轴肩上。下轴肩的底部还开有4个成90度分布的斜孔。焊接时，空心锥体的底部浸入窄口冷却液槽内的冷却液中，伴随搅拌头的高速旋转，冷却液沿着空心锥体的内螺纹向上爬升，进入搅拌头下轴肩的底部斜孔，对搅拌头下轴肩进行冷却。冷却液通过底部斜孔后向上甩出，被圆形挡盖挡住后在重力的作用下回到窄口冷却液槽中，接着又被吸入空心锥体，如此往复实现冷却液的循环。

在使用该冷却装置时，应注意：

(1)在上轴肩中心孔固定导气扇时，注意其安装的方向，确保其高速旋转时导气扇叶片产生垂直向下的空气推力；

(2)焊接前应该往窄口冷却液槽中注入冷却液，冷却液面高度需没过下轴肩4底部的空心锥体；

(3)安装搅拌头下轴肩部位的空心锥体时，需要旋紧，确保圆形挡盖5被锁死在下轴肩的台阶上；

(4)在冷却装置使用期间，禁止人体裸露部位接近搅拌摩擦头，以避免被高温烫伤。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)这是一种新式的双轴肩搅拌摩擦头冷却液气冷却方法和装置，采用空气气流和冷却液相结合的方式对搅拌摩擦头上下轴肩的非焊接部位进行冷却，不仅降低了搅拌摩擦头温度，也降低了套筒、搅拌摩擦焊机机头的温度，改善了设备运行环境。

(2)对搅拌摩擦头进行冷却不仅可以减轻高温对搅拌摩擦头的不利影响，还可间接控制焊接温度场；所排出的冷却液可以循环使用，不会对周围环境产生影响。

(3)该搅拌头不需要添加专门的密封装置或循环冷却液装置，自身便可实现冷却液的循环，减小了制作成本和操作难度，结构简单、实用性强。该焊具部件较少、成本低廉、容易实现且装配方便，这对于其推广与应用具有重要的现实意义。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为搅拌摩擦头上轴肩冷却装置示意图；

图3为搅拌摩擦头下轴肩冷却装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1至图3所示，本实用新型的双轴肩搅拌摩擦头气液联合冷却装置，该双轴肩搅拌摩擦头包含上轴肩2和下轴肩4，上轴肩2与下轴肩4之间连接有搅拌针3，所述上轴肩2沿轴线设有不通的中心孔2-1，在中心孔2-1底部设有若干个与中心孔2-1垂直的导气孔2-2，导气孔2-2为通孔，在中心孔2-1的顶部安装有导气扇1，所述导气扇1采用钎焊的方式固定于搅拌头上轴肩中心孔2-1的顶部，使其在焊接过程中随搅拌头高速旋转产生下降气流，导气扇1可采用较窄的三叶螺旋桨叶，焊接过程中随搅拌头高速旋转产生巨大的下降气流，强行带走搅拌头中心的热量并从上轴肩2下部的导气孔2-2中排出；所述下轴肩4下方安装有空心锥体6，所述空心锥体6包含壳体，壳体的底部设有开口，在壳体内壁上设有螺纹，在下轴肩4和壳体上均设有孔，孔为斜孔，壳体的下方设有水槽7，开口位于水槽7内，通过壳体内壁的螺纹带动水槽7内的冷却水进入到下轴肩4上，并通过下轴肩4和壳体的孔排出壳体外，所述空心锥体6与下轴肩4之间设有圆形挡盖5，圆形挡盖5将从下轴肩4孔里甩出来的冷却水挡住后，由于重力冷却水下回到水槽7中，高速旋转时冷却液将沿着空心锥体6的螺纹向上爬升通过下轴肩4孔中，实现冷却。

在本实用新型中，搅拌头下轴肩4具有底部斜孔4-1、内螺纹孔4-2、台阶4-3、外螺纹4-4。所述空心锥体6通过内螺纹与下轴肩4相配合，并且将圆形挡盖5固定于两者之间的台阶上，焊接过程中圆形挡盖5和空心锥体6随搅拌头同步高速旋转；空心锥体6相对于下轴肩4的旋紧方向与焊接过程中搅拌头旋转方向相反，防止焊接过程中圆形挡盖5和空心锥体6随搅拌头同步高速旋转时脱落。所述水槽7上部两侧向内弯折，形成窄口，窄口宽超过圆形挡盖5直径，水槽7的深度必须超过搅拌头的最大行程。

在本实用新型中，搅拌摩擦头上轴肩2和下轴肩4可采用普通工具钢或高温合金钢或高温陶瓷制成；搅拌针3可采用镍基合金制成；圆形挡盖5、空心锥体6和水槽7可采用普通不锈钢制成。其中水槽7上部两侧向内弯折，形成窄口，使冷却液不会飞溅，窄口宽超过圆形挡盖5直径，水槽7的深度必须超过搅拌头的最大行程。

该搅拌摩擦头采用分体式结构，通过一根两端带螺纹的搅拌针3连接上下轴肩4的内螺纹孔。搅拌针3中部也加工两段螺纹，这两段螺纹的旋向相反，同时指向搅拌针3中心。

搅拌头下轴肩4的4个斜孔4-1成90度分布，其底部开口应该尽量贴近下轴肩4边缘，便于引入空心锥体6内螺纹吸上来的的冷却液，进而对搅拌头下轴肩44整体进行冷却。

一种上述的双轴肩搅拌摩擦头气液联合冷却装置的冷却方法，包括以下步骤：

(1)将搅拌针3两端旋入搅拌头上轴肩2和下轴肩4，使之成为一个整体；

(2)将圆形挡盖5安装于下轴肩4的台阶上，通过锁紧空心锥体6将圆形挡盖5紧固于下轴肩4上；

(4)向搅拌头下方的水槽7中注入冷却液，使空心锥体6浸入冷却液中；

(5)启动焊机主电机，搅拌摩擦头高速旋转，导气扇1开始工作，产生下降气流对上轴肩2进行气冷；同时空心锥体6的螺纹吸收冷却液并送入下轴肩4底部孔中，对下轴肩4进行冷却；

(6)整个焊接阶段，禁止人体裸露部位靠近搅拌摩擦头，以免被烫伤，焊接任务结束后，待搅拌摩擦头冷却至常温，可拆下搅拌摩擦头上轴肩2和下轴肩4，检查下轴肩4斜孔4-1内有无积冷却液，如有则倒掉冷却液。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种双轴肩搅拌摩擦头气液联合冷却装置，该双轴肩搅拌摩擦头包含上轴肩和下轴肩，上轴肩与下轴肩之间连接有搅拌针，其特征在于：所述上轴肩沿轴线设有不通的中心孔，在中心孔底部设有若干个与中心孔垂直的导气孔，在中心孔的顶部安装有导气扇，焊接过程中随搅拌头高速旋转产生巨大的下降气流，强行带走搅拌头中心的热量并从上轴肩下部的导气孔中排出；所述下轴肩下方安装有空心锥体，所述空心锥体包含壳体，壳体的底部设有开口，在壳体内壁上设有螺纹，在下轴肩和壳体上均设有孔，壳体的下方设有水槽，开口位于水槽内，通过壳体内壁的螺纹带动水槽内的冷却水进入到下轴肩上，并通过下轴肩和壳体的孔排出壳体外，高速旋转时冷却液将沿着空心锥体的螺纹向上爬升通过下轴肩孔中，实现冷却。

2.根据权利要求1所述的双轴肩搅拌摩擦头气液联合冷却装置，其特征在于：所述空心锥体与下轴肩之间设有圆形挡盖，圆形挡盖将从下轴肩孔里甩出来的冷却水挡住后，由于重力冷却水下回到水槽中。

3.根据权利要求2所述的双轴肩搅拌摩擦头气液联合冷却装置，其特征在于：所述导气扇采用钎焊的方式固定于搅拌头上轴肩中心孔的顶部，使其在焊接过程中随搅拌头高速旋转产生下降气流。

4.根据权利要求2所述的双轴肩搅拌摩擦头气液联合冷却装置，其特征在于：所述空心锥体通过内螺纹与下轴肩相配合，并且将圆形挡盖固定于两者之间的台阶上，焊接过程中圆形挡盖和空心锥体随搅拌头同步高速旋转；空心锥体相对于下轴肩的旋紧方向与焊接过程中搅拌头旋转方向相反。

5.根据权利要求2所述的双轴肩搅拌摩擦头气液联合冷却装置，其特征在于：所述水槽上部两侧向内弯折，形成窄口，窄口宽超过圆形挡盖直径，水槽的深度必须超过搅拌头的最大行程。