CN211219143U - 用于搅拌摩擦焊的多层锻压型搅拌头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于搅拌摩擦焊的多层锻压型搅拌头，包括依次连接的夹持部、轴肩部和搅拌针，搅拌针的周侧设有螺旋槽，螺旋槽的顶面形成锻压面。该搅拌头具有结构简单可靠、提高了焊缝组织的均匀性、可减少下压量和焊接飞边厚度的优点。

Description

用于搅拌摩擦焊的多层锻压型搅拌头

技术领域

本实用新型主要涉及搅拌摩擦焊技术，尤其涉及一种用于搅拌摩擦焊的多层锻压型搅拌头。

背景技术

在搅拌摩擦焊接过程中，搅拌头与工件材料间相互作用产热，把搅拌头周边的工件材料加热到塑化状态而形成焊缝，该热量主要包括轴肩和搅拌针与母材间的摩擦产热及工件材料被搅拌、挤压而产生的塑性变形热。在搅拌摩擦焊接过程中，工件温度场的分布不均匀，呈现搅拌头轴肩处温度最高并向搅拌针端面依次递减的规律。

搅拌头是搅拌摩擦焊接技术的核心。它与被焊接工件相互作用，实现被焊材料连接。

搅拌头尺寸设计尚无一套成熟理论，大多根据经验设计，搅拌头主要由搅拌针、轴肩和夹持区等部分组成，搅拌针位于搅拌头的顶部，形状各异。搅拌针通过旋转摩擦产生部分热能，搅拌针的主要作用类似于泵的作用，它能使处于高塑化状态的金属在保持上下运动的同时，沿着搅拌针从前向后流动，通过搅拌头轴肩锻压、冷却形成接头。搅拌针的大小决定了焊缝焊核区组织的尺寸和焊接速度；搅拌针的形状一方面决定了焊接过程中的加热方式和塑性材料被顶锻的模式，另一方面直接影响着焊缝区软化材料的流动形式，对接头成型产生重要作用。搅拌针形状和尺寸及相关焊接工艺参数共同决定了焊接过程中的产热和材料流动，最终决定了搅拌摩擦焊接接头的质量。

现有普通搅拌头对焊缝金属的锻压力主要来源于轴肩，当对厚板进行搅拌摩擦焊时，焊缝表面至焊缝根部锻压力依次递减，为了形成良好的焊缝组织，需要通过增加下压量的方式增加顶端力，进而造成飞边增大，焊缝组织在深度方向不均匀。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单可靠、提高了焊缝组织的均匀性、可减少下压量和焊接飞边厚度的多层锻压型搅拌头。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于搅拌摩擦焊的多层锻压型搅拌头，包括依次连接的夹持部、轴肩部和搅拌针，所述搅拌针的周侧设有螺旋槽，所述螺旋槽的顶面形成锻压面。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述锻压面为平直面，在焊接时，所述锻压面呈水平平直。

定义搅拌针的轴线为旋转中心线，所述锻压面与旋转中心线之间形成锻压角a，76.5°≤a≤95°。

在焊接状态时，所述旋转中心线与垂线之间形成焊接倾角b，1.5°≤b≤5°。

在焊接状态时，所述锻压面与垂线之间形成夹角c，75°≤c≤90°。

定义搅拌针的针尖部直径为L1，定义搅拌针的针根部直径为L2，L1＜L2。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型用于搅拌摩擦焊的多层锻压型搅拌头，包括依次连接的夹持部、轴肩部和搅拌针，搅拌针的周侧设有螺旋槽，螺旋槽的顶面形成锻压面。焊接时，利用夹持部进行装夹，搅拌针通过旋转摩擦产生热能，利用轴肩部形成锻压。较传统结构而言，该搅拌头在搅拌针的周侧锻压形成多层螺旋槽，螺旋槽的顶面形成锻压面，通过焊接过程中搅拌针的多层锻压面带来的多层锻压力实现较为均匀的搅拌，焊缝内部金属上下流动更充分，从而是焊缝组织在深度方向上更均匀，同时，可以减少轴肩部的锻压力，实现了下压量的减少，减少了焊接飞边的厚度。其结构简单可靠。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图。

图2是本实用新型的主视结构示意图。

图3是本实用新型的主剖视结构示意图。

图4是本实用新型的使用状态结构示意图。

图中各标号表示：

1、夹持部；2、轴肩部；3、搅拌针；31、螺旋槽；32、锻压面；33、旋转中心线；34、针尖部；35、针根部；4、垂线。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

图1至图4示出了本实用新型用于搅拌摩擦焊的多层锻压型搅拌头的一种实施例，包括依次连接的夹持部1、轴肩部2和搅拌针3，搅拌针3的周侧设有螺旋槽31，螺旋槽31的顶面形成锻压面32。焊接时，利用夹持部1进行装夹，搅拌针3通过旋转摩擦产生热能，利用轴肩部2形成锻压。较传统结构而言，该搅拌头在搅拌针3的周侧形成多层螺旋槽31，螺旋槽31的顶面形成锻压面32，通过焊接过程中搅拌针3的多层锻压面32带来的多层锻压力实现较为均匀的搅拌，焊缝内部金属上下流动更充分，从而是焊缝组织在深度方向上更均匀，同时，可以减少轴肩部2的锻压力，实现了下压量的减少，减少了焊接飞边的厚度。其结构简单可靠，适用于厚板、大厚板、要求下压量小的产品、力学性能要求比较均匀的产品焊接。

本实施例中，锻压面32为平直面，在焊接时，所述锻压面32呈水平平直。这样设置，能增大锻压面32与工件的接触面积，进一步提高焊接压力的平稳性。

本实施例中，定义搅拌针3的轴线为旋转中心线33，锻压面32与旋转中心线33之间形成锻压角a，76.5°≤a≤95°。本实施例中，在焊接状态时，旋转中心线33与垂线4之间形成焊接倾角b，1.5°≤b≤5°。本实施例中，在焊接状态时，锻压面32与垂线4之间形成夹角c，75°≤c≤90°。焊接时，搅拌焊接倾角b增加1°，锻压角a增加1°－3°；同样搅拌焊接倾角b不变时，锻压角a减小，锻压面32与垂线4之间夹角c减小，反之增大同时增大；当焊接倾角b减小时，锻压角a增大，锻压面32与垂线4之间夹角c增大，反之增大相反减小。而常规搅拌头螺旋角度为55°-65°在提高焊接温度与焊接速度同时的角度来说，需要提高搅拌强度，即提高搅拌转速和加大顶锻力，以提高单位时间内有机械能转变来的热量，但搅拌强度的提高会带来两个负面效应：一是表层塑性金属在压力和离心力的作用下从搅拌头肩边沿溢出形成飞边；二是焊缝区金属因金属流失，填充不充分，而形成疏松组织甚至空洞。本实施例中，a＝80，b＝4°，c＝75°。

本实施例中，定义搅拌针3的针尖部34直径为L1，定义搅拌针3的针根部35直径为L2，L1＜L2。这样设置使得搅拌针3整体呈锥状结构，提高了锻压力。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种用于搅拌摩擦焊的多层锻压型搅拌头，包括依次连接的夹持部(1)、轴肩部(2)和搅拌针(3)，其特征在于：所述搅拌针(3)的周侧设有螺旋槽(31)，所述螺旋槽(31)的顶面形成锻压面(32)。

2.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊的多层锻压型搅拌头，其特征在于：所述锻压面(32)为平直面，在焊接时，所述锻压面(32)呈水平平直。

3.根据权利要求2所述的用于搅拌摩擦焊的多层锻压型搅拌头，其特征在于：定义搅拌针(3)的轴线为旋转中心线(33)，所述锻压面(32)与旋转中心线(33)之间形成锻压角a，76.5°≤a≤95°。

4.根据权利要求3所述的用于搅拌摩擦焊的多层锻压型搅拌头，其特征在于：在焊接状态时，所述旋转中心线(33)与垂线(4)之间形成焊接倾角b，1.5°≤b≤5°。

5.根据权利要求4所述的用于搅拌摩擦焊的多层锻压型搅拌头，其特征在于：在焊接状态时，所述锻压面(32)与垂线(4)之间形成夹角c，75°≤c≤90°。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于搅拌摩擦焊的多层锻压型搅拌头，其特征在于：定义搅拌针(3)的针尖部(34)直径为L1，定义搅拌针(3)的针根部(35)直径为L2，L1＜L2。

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