CN215145643U - 一种组合式搅拌摩擦焊用搅拌头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种组合式搅拌摩擦焊用搅拌头，包括硬质合金内芯和烧结固定在硬质合金内芯外部的聚晶立方氮化硼包覆层，聚晶立方氮化硼包覆层呈阶梯状，包括大径段和小径段，小径段形成搅拌针，大径段形成夹持柄且大径段的一侧端面形成轴肩。新结构增大了硬质合金与聚晶立方氮化硼之间的接触面积，有利于合金中的Co元素与CBN在界面形成BCo化合物，形成较高的结合强度，使聚晶立方氮化硼牢固包覆在硬质合金外部，避免搅拌头在高速旋转过程中脆性断裂或变形。本实用新型既利用了硬质合金优异的物理力学性能，同时又利用了聚晶立方氮化硼良好的化学惰性，形成了外部耐磨、内部具有韧性的组合式搅拌头，因此可以降低使用成本，提高搅拌头的使用寿命。

Description

一种组合式搅拌摩擦焊用搅拌头

技术领域

本实用新型涉及搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种组合式搅拌摩擦焊用搅拌头。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种新型固态焊接技术，此种焊接方法热输入低，节能环保，残余应力小，焊接接头不易变形；搅拌头在焊接时快速搅拌，焊缝晶粒尺寸相对细小，接头性能好；且能实现机械化、自动化，安全可靠。搅拌头焊接过程中要承受较大的热载、力载及摩擦磨损，因而要求它在焊接条件下具有较高的强度、硬度、韧性和热稳定性。

申请公布号为CN111347153A的中国发明专利申请公开了一种搅拌摩擦焊用搅拌头，该搅拌头的搅拌针和轴肩均由立方氮化硼和金属粘接剂烧结制成，烧结成的PCBN（聚晶立方氮化硼）搅拌头的耐磨性较好，材料成本也相对较低，但其韧性较差，使用过程中易发生脆性断裂。

另外，申请公布号为CN108115263A的中国发明专利申请公开了一种搅拌摩擦焊用搅拌头及其制备方法，其搅拌头包括硬质合金轴肩以及焊接在硬质合金轴肩上的聚晶立方氮化硼搅拌针，对于硬质合金轴肩来说，虽然其韧性较比较好，但在使用过程中易发生氧化磨损、钴粘结剂的失效和轴肩变形，对于聚晶立方氮化硼搅拌针来说，虽然材料成本相对较低，但由于聚晶立方氮化硼韧性较差，与硬质合金轴肩焊接的部位以及搅拌针本身在使用过程中易发生脆性断裂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能降低使用成本、同时提高搅拌头使用寿命的组合式搅拌摩擦焊用搅拌头。

为实现上述目的，本实用新型中的组合式搅拌摩擦焊用搅拌头采用如下技术方案：

一种组合式搅拌摩擦焊用搅拌头，包括：

硬质合金内芯；

聚晶立方氮化硼包覆层，烧结固定在硬质合金内芯的外部；

其中，聚晶立方氮化硼包覆层呈阶梯状，包括大径段和小径段，小径段形成搅拌针，大径段形成夹持柄且大径段的一侧端面形成轴肩。

上述技术方案的有益效果在于：聚晶立方氮化硼包覆层呈阶梯状，包括大径段和小径段，小径段形成搅拌针，方便伸入工件的接缝中，大径段形成夹持柄且大径段的一侧端面形成轴肩，从而方便夹持，以及压在工件表面，与工件之间产生摩擦热，完成搅拌摩擦焊接过程。

而组合式搅拌头包括硬质合金内芯以及烧结固定在硬质合金内芯外部的聚晶立方氮化硼包覆层，这种结构增大了硬质合金与聚晶立方氮化硼之间接触面积，有利于合金中的Co元素与CBN在界面形成BCo化合物，形成较高的结合强度，使聚晶立方氮化硼牢固地包覆在硬质合金外部，避免搅拌头在高速旋转过程中脆性断裂或变形。

也就是说，本实用新型的组合式搅拌头采用硬质合金作为内芯，利用了硬质合金优异的物理力学性能，具有良好的高温抗弯强度，同时采用聚晶立方氮化硼作为包覆层，利用了聚晶立方氮化硼良好的化学惰性，与焊接材料不发生化学反应，从而形成了一种外部耐磨、内部具有韧性的组合式搅拌头，这种组合式搅拌头在耐磨性和强度上具备较好的综合性能，降低了使用成本，同时提高了搅拌头的使用寿命。

进一步的，为了方便制造，硬质合金内芯的两端分别与夹持柄的两端齐平。

进一步的，为了增强搅拌针的使用性能，硬质合金内芯也呈阶梯状，硬质合金内芯包括位于夹持柄内部的粗内芯以及位于搅拌针内部的细内芯。

进一步的，为了方便制造，并保证使用性能，夹持柄和粗内芯均呈圆柱状，搅拌针和细内芯均呈圆台状。

进一步的，为了方便制造，并保证使用性能，搅拌针呈圆台状。

进一步的，为了方便制造，并方便夹持，夹持柄呈圆柱状。

进一步的，为了增强搅拌针的使用性能，夹持柄和搅拌针一体相连。

附图说明

图1为本实用新型中组合式搅拌摩擦焊用搅拌头的实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型中组合式搅拌摩擦焊用搅拌头的实施例2的结构示意图；

图3为本实用新型中组合式搅拌摩擦焊用搅拌头的实施例2的结构示意图；。

图中：1-硬质合金内芯；2-夹持柄；3-搅拌针；4-轴肩；10-粗内芯；20-细内芯；30-夹持柄；40-搅拌针；100-粗内芯；200-细内芯；300-夹持柄；400-搅拌针。

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，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

本实用新型中组合式搅拌摩擦焊用搅拌头的实施例1如图1所示，包括硬质合金内芯1和聚晶立方氮化硼包覆层，聚晶立方氮化硼包覆层烧结固定在硬质合金内芯1的外部。聚晶立方氮化硼包覆层呈阶梯状，包括大径段和小径段，小径段形成搅拌针3，方便伸入工件的接缝中，大径段形成夹持柄2且大径段的一侧端面形成轴肩4，从而方便夹持，以及压在工件表面，与工件之间产生摩擦热，完成搅拌摩擦焊接过程。

在本实施例中，硬质合金内芯1以及夹持柄2均呈圆柱状，搅拌针3呈圆台状，硬质合金内芯1的两端分别与夹持柄2的两端齐平，也即夹持柄2呈环形包覆在硬质合金内芯1的外部，硬质合金内芯1的一侧端面是露出来的。制造搅拌头时，将立方氮化硼粉末填充在硬质合金内芯1（呈圆柱状）的外周一圈以及顶部适当的厚度，经过高温高压烧结成型，制得的毛坯整体为圆柱状，然后再经过机械加工，加工出呈圆台形状的搅拌针3，也即搅拌针3是通过去除一部分聚晶立方氮化硼材料而形成的。

本实用新型中的组合式搅拌摩擦焊用搅拌头，包括硬质合金内芯以及烧结固定在硬质合金内芯外部的聚晶立方氮化硼包覆层，这种结构增大了硬质合金与聚晶立方氮化硼之间接触面积，有利于合金中的Co元素与CBN在界面形成BCo化合物，形成较高的结合强度，使聚晶立方氮化硼牢固地包覆在硬质合金外部，避免搅拌头在高速旋转过程中脆性断裂或变形。

也就是说，本实用新型的组合式搅拌头采用硬质合金作为内芯，利用了硬质合金优异的物理力学性能，具有良好的高温抗弯强度，同时采用聚晶立方氮化硼作为包覆层，利用了聚晶立方氮化硼良好的化学惰性，与焊接材料不发生化学反应，从而形成了一种外部耐磨、内部具有韧性的组合式搅拌头，这种组合式搅拌头在耐磨性和强度上具备较好的综合性能，降低了使用成本，同时提高了搅拌头的使用寿命。

本实用新型中组合式搅拌摩擦焊用搅拌头的实施例2如图2所示，本实施例中的搅拌头同样包括硬质合金内芯以及烧结固定在硬质合金内芯外部的聚晶立方氮化硼包覆层，聚晶立方氮化硼包覆层包括形成夹持柄30的大径段以及形成搅拌针40的小径段，并且大径段的一侧端面形成轴肩。本实施例与实施例1不同的是：本实施例中的硬质合金内芯也呈阶梯状，包括位于夹持柄30内部的粗内芯10以及位于搅拌针40内部的细内芯20，粗内芯10和夹持柄30均呈圆柱状，细内芯20和搅拌针40均呈圆台状，这样就增强了搅拌针的使用性能。

本实用新型中组合式搅拌摩擦焊用搅拌头的实施例3如图3所示，本实施例中的搅拌头同样包括硬质合金内芯以及烧结固定在硬质合金内芯外部的聚晶立方氮化硼包覆层，聚晶立方氮化硼包覆层包括形成夹持柄300的大径段以及形成搅拌针400的小径段，并且大径段的一侧端面形成轴肩。同时，本实施例中的硬质合金内芯也呈阶梯状，包括位于夹持柄300内部的粗内芯100以及位于搅拌针400内部的细内芯200，粗内芯100和夹持柄300均呈圆柱状，细内芯200和搅拌针400均呈圆台状。本实施例与实施例2不同的是：夹持柄300和搅拌针400一体相连，也即在硬质合金内芯的轴肩边缘也留有一定厚度的聚晶立方氮化硼包覆层，避免搅拌针400在使用过程中断裂，增强了搅拌针的使用性能。

在组合式搅拌摩擦焊用搅拌头的其他实施例中，夹持柄也可以呈方柱状。

在组合式搅拌摩擦焊用搅拌头的其他实施例中，搅拌针也可以是棱柱状、圆柱状或者圆锥状。

在组合式搅拌摩擦焊用搅拌头的其他实施例中，当硬质合金内芯呈阶梯状时，硬质合金内芯的粗内芯也可以是方柱状，细内芯也可以是棱柱状、圆柱状或者圆锥状。

在组合式搅拌摩擦焊用搅拌头的其他实施例中，当硬质合金内芯不是阶梯状时，可以整体为方柱状。

在组合式搅拌摩擦焊用搅拌头的其他实施例中，聚晶立方氮化硼包覆层可以完全将硬质合金内芯包裹在内，即硬质合金内芯的两侧端面全部被覆盖。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种组合式搅拌摩擦焊用搅拌头，其特征在于，包括：

硬质合金内芯；

聚晶立方氮化硼包覆层，烧结固定在硬质合金内芯的外部；

其中，聚晶立方氮化硼包覆层呈阶梯状，包括大径段和小径段，小径段形成搅拌针，大径段形成夹持柄且大径段的一侧端面形成轴肩。

2.根据权利要求1所述的组合式搅拌摩擦焊用搅拌头，其特征在于，硬质合金内芯的两端分别与夹持柄的两端齐平。

3.根据权利要求1所述的组合式搅拌摩擦焊用搅拌头，其特征在于，硬质合金内芯也呈阶梯状，硬质合金内芯包括位于夹持柄内部的粗内芯以及位于搅拌针内部的细内芯。

4.根据权利要求3所述的组合式搅拌摩擦焊用搅拌头，其特征在于，夹持柄和粗内芯均呈圆柱状，搅拌针和细内芯均呈圆台状。

5.根据权利要求1~3任意一项所述的组合式搅拌摩擦焊用搅拌头，其特征在于，搅拌针呈圆台状。

6.根据权利要求1~3任意一项所述的组合式搅拌摩擦焊用搅拌头，其特征在于，夹持柄呈圆柱状。

7.根据权利要求1~4任意一项所述的组合式搅拌摩擦焊用搅拌头，其特征在于，夹持柄和搅拌针一体相连。

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