一种静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具及搅拌摩擦焊接方法技术

本发明专利技术提供了一种静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具及搅拌摩擦焊接方法，涉及焊接设备领域。该静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具，其包括静轴肩和搅拌头，静轴肩具有中心孔，搅拌头的底部设置有搅拌针，静轴肩的轴线与搅拌针的轴线重合，搅拌针可旋转地设置于中心孔内；静轴肩的端面的至少一部分与搅拌头的轴线之间的夹角为钝角。该焊接工具能够保证在焊接过程中，既保证焊缝成形，又可避免搅拌头在非垂直扎入时承受额外弯矩，进而提高搅拌头使用寿命。而该焊接方法既可以利用倾斜的静轴肩对焊缝施加锻压力，保证焊缝良好成形，同时还可以避免搅拌针因倾斜而受到径向的弯矩，有效避免出现搅拌针发生弯曲变形的情况发生，整个焊接方法操作简单。

A kind of friction stir welding tool with inclined static shoulder and friction stir welding method

【技术实现步骤摘要】
一种静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具及搅拌摩擦焊接方法
本专利技术涉及焊接设备领域，具体而言，涉及一种静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具及搅拌摩擦焊接方法。
技术介绍
搅拌摩擦焊作为一种绿色固相连接技术，具有焊接效率高，接头质量好等特点，被广泛应用于航空、航天、轨道列等领域。在焊接过程中，搅拌高速旋转插入待焊工件内部，并沿着工件对接面行走，在摩擦热和搅拌作用下，搅拌头附近的材料发生塑化现象，依靠材料塑性流动进行填充，从而完成焊接。对于常规搅拌摩擦焊，通常轴肩与搅拌针为一体设置并且共同旋转，对设备扭矩输出要求较高，同时摩擦产热大，焊缝软化及减薄明显。为解决上述问题，静轴肩搅拌摩擦焊被开发。静轴肩搅拌摩擦焊轴肩与搅拌针为分体设置，焊接时搅拌针旋转而轴肩不旋转，因此可降低焊接扭矩和焊接热输入。对于两个对接的待焊工件的搅拌摩擦焊，通常搅拌针轴线与轴肩面垂直，焊接时需要使搅拌头轴线与待焊工件表面法线呈一定倾角，即轴肩平面与待焊工件表面存在夹角，这样可使轴肩在焊接前进方向对焊缝施加锻压力，保证焊缝良好成形。但采用现有技术的焊接方法，容易导致搅拌针承受弯矩发生弯曲变形，或与静轴肩发生干涉，甚至弯曲断裂。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具，其能有效避免搅拌头在非垂直扎入时承受额外的弯矩，进而提高搅拌头的使用寿命。本专利技术的目的在于提供一种搅拌摩擦焊接方法，在整个焊接过程中，搅拌头始终与待焊工件保持垂直，有效避免搅拌头在非垂直扎入时承受额外的弯矩，进而提高搅拌头的使用寿命。本专利技术是这样实现的：第一方面，实施例提供一种静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具，其包括静轴肩和搅拌头，所述静轴肩具有中心孔，所述搅拌头的底部设置有搅拌针，所述静轴肩的轴线与所述搅拌针的轴线重合，所述搅拌针可旋转地设置于所述中心孔内；所述静轴肩的端面的至少一部分与所述搅拌头的轴线之间的夹角为钝角。在可选的实施方式中，所述静轴肩的端面包括前沿和后沿，所述后沿与所述搅拌头的轴线之间的夹角为钝角，所述前沿与所述搅拌头的轴线之间的夹角为直角或锐角。在可选的实施方式中，所述后沿与所述搅拌头的轴线之间的夹角θ2＝90.5°-95°。在可选的实施方式中，所述前沿与所述搅拌头的轴线之间的夹角θ1＝85°-90°。在可选的实施方式中，所述前沿的最底端不低于所述后沿的最高端。在可选的实施方式中，所述搅拌针可旋转地设置。在可选的实施方式中，所述静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具还包括轴承和轴承套筒，所述搅拌头与所述轴承套筒通过所述轴承连接，所述静轴肩与所述轴承套筒固定连接。在可选的实施方式中，所述静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具还包括轴承盖，所述轴承盖套设于所述搅拌头的外侧且盖设于所述轴承和所述轴承套筒的上表面，所述轴承盖与所述轴承套筒固定连接。第二方面，实施例提供一种搅拌摩擦焊接方法，其采用如前述实施方式任一项所述的静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具对待焊工件进行焊接，在焊接前，将所述搅拌针扎入所述待焊工件的焊接起始位置，扎入过程中所述搅拌头的轴线与所述待焊工件的上表面垂直，直至所述静轴肩的至少一个端面完全与所述待焊工件的表面接触并压入所述待焊工件后，开始将所述静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具沿着所述待焊工件的对接面前进以进行焊接，并保持所述搅拌头的轴线与所述待焊工件的上表面垂直，直至焊接完成。在可选的实施方式中，所述静轴肩的端面包括前沿和后沿，在焊接过程中，所述后沿插入所述待焊工件与所述待焊工件的表面接触并压入所述待焊工件，所述前沿与所述待焊工件的上表面接触或不接触。本专利技术具有以下有益效果：本申请提供的静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具通过将静轴肩的至少一个端面与搅拌头的轴向之间的夹角设计为钝角，使得在焊接过程中，可实现搅拌头垂直扎入待焊工件的表面，而静轴肩的至少一个端面仍然与待焊工件的表面保持一定的倾角，既保证焊缝成形，又可避免搅拌头在非垂直扎入时承受额外弯矩，进而提高搅拌头使用寿命。本申请提供的静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具采用分体式设计，结构简单，操作容易，效果明显，能够提高搅拌头寿命同时，便于应用于复杂形状工件的焊接的静轴肩搅拌摩擦焊接工具，方便拆卸及焊后维护。而本申请提供的焊接方法保证了静轴肩与待焊工件表面存在夹角，而搅拌头始终垂直，既可以利用倾斜的静轴肩对焊缝施加锻压力，保证焊缝良好成形，同时还可以避免搅拌头的搅拌针因倾斜而受到径向的弯矩，从而有效避免出现搅拌针发生弯曲变形并与静轴肩发生干涉磨损，甚至直接导致搅拌针弯曲断裂的情况发生，整个焊接方法操作简单。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本申请实施例提供的静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具的结构示意图；图2为本申请提供的静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具的静轴肩和搅拌轴配合的示意图；图3为本申请提供的静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具的焊接过程示意图。图标：100-静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具；110-搅拌头；111-搅拌针；120-静轴肩；121-中心孔；122-前沿；123-后沿；130-轴承；140-轴承套筒；150-轴承盖；160-固定外筒；200-待焊工件。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术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专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具，其特征在于，其包括静轴肩和搅拌头，所述静轴肩具有中心孔，所述搅拌头的底部设置有搅拌针，所述静轴肩的轴线与所述搅拌针的轴线重合，所述搅拌针可旋转地设置于所述中心孔内；所述静轴肩的端面的至少一部分与所述搅拌头的轴线之间的夹角为钝角。/n

【技术特征摘要】
1.一种静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具，其特征在于，其包括静轴肩和搅拌头，所述静轴肩具有中心孔，所述搅拌头的底部设置有搅拌针，所述静轴肩的轴线与所述搅拌针的轴线重合，所述搅拌针可旋转地设置于所述中心孔内；所述静轴肩的端面的至少一部分与所述搅拌头的轴线之间的夹角为钝角。


2.根据权利要求1所述的静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具，其特征在于，所述静轴肩的端面包括前沿和后沿，所述后沿与所述搅拌头的轴线之间的夹角为钝角，所述前沿与所述搅拌头的轴线之间的夹角为直角或锐角。


3.根据权利要求2所述的静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具，其特征在于，所述后沿与所述搅拌头的轴线之间的夹角θ2＝90.5°-95°。


4.根据权利要求2所述的静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具，其特征在于，所述前沿与所述搅拌头的轴线之间的夹角θ1＝85°-90°。


5.根据权利要求2所述的静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具，其特征在于，所述前沿的最底端不低于所述后沿的最高端。


6.根据权利要求1所述的静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具，其特征在于，所述搅拌针的表面具有螺纹。


7.根据权利要求1所述的静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵运强，尤佳庆，邓军，谭锦红，董春林，王春桂，易耀勇，苗澍，
申请(专利权)人：广东省焊接技术研究所广东省中乌研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44