一种搅拌摩擦焊用搅拌头制造技术

本发明专利技术涉及一种搅拌摩擦焊用搅拌头，属于固态焊接技术领域。本发明专利技术的搅拌摩擦焊用搅拌头，包括轴肩和与所述轴肩一体成型的搅拌针，所述搅拌针和轴肩均由立方氮化硼和金属粘结剂制成。本发明专利技术的搅拌摩擦焊用搅拌头，搅拌轴和轴肩能够一体成型，使得焊接过程中搅拌头能够稳定工作的同时，可承受相当大的热载、力载及摩擦磨损，且高温焊接后搅拌针无变形，与焊接式的搅拌针相比，避免了搅拌头高速旋转焊接过程中因焊接强度不够导致搅拌针脱落，延长了搅拌头的使用寿命，且生产工序简单，易于实现自动化。

A stirring head for friction stir welding

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌摩擦焊用搅拌头
本专利技术涉及一种搅拌摩擦焊用搅拌头，属于固态焊接

技术介绍
搅拌摩擦焊是一种新型的固态焊接方法。搅拌摩擦焊过程中，将搅拌头的搅拌针深入被焊材料连接的边缘处并进行旋转，依靠高速旋转的搅拌针在两被焊材料连接边缘产生摩擦热，使接缝处金属产生塑性软化区，搅拌针周围塑性软化区金属受到搅拌、挤压，并随着搅拌头沿焊缝向后流动，形成塑性金属流，随后在搅拌针离开后的冷却过程中，在受到挤压的条件下，形成固相焊接接头。焊接过程中材料经历了强烈的塑性变形、混合、破碎，因而组织得到了细化、均匀化和致密化。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，尤其适用于焊接Mg/Al等软质低强度金属。搅拌头是搅拌摩擦焊技术的关键，搅拌头的性能不仅决定了搅拌摩擦焊接头的性能，而且决定着搅拌摩擦焊的生产成本。目前使用的搅拌头主要为高速钢、高温合金、硬质合金及立方氮化硼制成，前三者耐高温有限，且高温耐磨性差，而后者难以加工成型成不同结构的搅拌头。针对聚晶立方氮化硼难以成型成不同结构搅拌头的缺点，现有技术中，申请公布号为CN101362252A的中国专利技术专利申请中公开了一种组合立方氮化硼摩擦搅拌焊接搅拌头，它包括一个与摩擦搅拌焊机主轴连接的柱体，在柱体的轴向端面上凸出有轴肩，在轴肩的上端面中部设有凸出的立方氮化硼聚晶针柱体，在轴肩上端面内立方氮化硼聚晶针柱体的四周设有立方氮化硼聚晶条体。该搅拌头将易于成型的立方氮化硼针柱体和立方氮化硼聚晶条进行拼接，使得搅拌头的结构可以按摩擦搅拌焊的工作特点而随意设计。又如申请公布号为CN108115263A的中国专利技术专利申请公开了一种搅拌摩擦焊用搅拌头，该搅拌头包括夹持柄、硬质合金轴肩和焊接在所述硬质合金轴肩上的聚晶立方氮化硼搅拌针；所述聚晶立方氮化硼搅拌针是切割聚晶立方氮化硼合成块制得的。该搅拌头也是将聚晶立方氮化硼与硬质合金轴肩进行拼接形成，尽管提高了搅拌头的导热性能，但是在钢、不锈钢、钛等高强度金属的焊接过程中，搅拌头还要承受更大的载荷，使得拼接在搅拌头的立方氮化硼针柱体容易脱落，损耗十分巨大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种搅拌摩擦焊用搅拌头，能够解决现有聚晶立方氮化硼搅拌针承受荷载的能力差，易脱落的问题。为了实现以上目的，本专利技术的搅拌摩擦焊用搅拌头所采用的技术方案是：一种搅拌摩擦焊用搅拌头，包括轴肩和与所述轴肩一体成型的搅拌针，所述搅拌针和轴肩均由立方氮化硼和金属粘结剂制成。本专利技术的搅拌摩擦焊用搅拌头，以特定比例组合的立方氮化硼和金属粘结剂为原料制成的聚晶立方氮化硼搅拌头。该搅拌头能够降低聚晶立方氮化硼搅拌头的成型难度，使得原料能够一体成型为搅拌摩擦焊的搅拌轴和轴肩，进而使焊接过程中搅拌头能够稳定工作的同时，可承受相当大的热载、力载及摩擦磨损，且高温焊接后搅拌针无变形，与焊接式的搅拌针相比，避免了搅拌头高速旋转焊接过程中因焊接强度不够导致搅拌针脱落，延长了搅拌头的使用寿命，且生产工序简单，易于实现自动化。此外，本专利技术的搅拌摩擦焊用搅拌头还能突破常规聚晶立方氮化硼搅拌头因加工难度大，无法实现大尺寸化制备的限制。本专利技术的搅拌摩擦焊用搅拌头具有优良的高温耐磨性、耐热性以及抗冲击性能，并且具有较高的硬度，能够用于钢、不锈钢以及钛等的高强度金属的焊接，并且在高温下不易与钛发生反应，大大降低了焊接的难度。进一步的，所述轴肩的工作面开设有围绕所述搅拌针的环槽；所述环槽用于容纳搅拌针搅拌产生的流动物。环槽对搅拌产生的流动物的容纳在焊接过程中随着搅拌头的移动处于时时更替的过程。优选的，所述环槽的外槽壁由槽底到槽口背向所述搅拌针延伸。外槽壁的这种延伸方式能够减小暂时容纳在环槽内的流动物流出的阻力，提高焊接接缝的质量。为了使搅拌产生的流动物更容易进入环槽内进行暂时存储，优选的，所述环槽开设于所述工作面和搅拌针周面相交处。进一步的，所述轴肩后部形成用于与转换套连接的连接部。通过连接部可以实现在搅拌头与搅拌摩擦焊机转换套的连接，提高搅拌头与搅拌摩擦焊机连接的稳定性，进而提高焊接质量。进一步的，所述立方氮化硼和金属粘结剂的质量比为65～95:5～35。更进一步的，立方氮化硼和金属粘结剂的质量比为70～90:10～30。金属结合剂具有良好的韧性和导热性，搅拌针和轴肩中的金属粘结剂能够改善搅拌头韧性和抗冲击性能。优选的，所述金属粘结剂为钴、钨、铝中的一种或任意组合。钴和钨的熔点高，并且具有较高硬度，能够进一步提高搅拌头的耐磨性和耐热性。铝相较于钴和钨具有较低的熔点和较高的反应活性，并且价格也更便宜，添加铝能够在降低搅拌头制备和加工难度的同时，降低成本。尤其是采用多种金属结合剂组合，经高温高压烧结后生成多种硼化物和氮化物陶瓷相，提高了材料的硬度和耐磨性，在材料加工领域具有明显优势。如金属结合剂由钴和铝组成；钴和铝的质量比为1.5～4:3。如金属结合剂由钨和铝组成；钨和铝的质量比为2～4:3。如金属结合剂由钴、铝和钨组成；钴、铝和钨的质量比为2～7:6:3～6。进一步的，本专利技术的搅拌摩擦焊用搅拌头采用包括以下步骤的方法制得：将立方氮化硼粉体和金属粘结剂粉体混合均匀后加压烧结，制得成型坯体；然后对成型坯体进行加工，即得。该制备方法，采用加压烧结的方式制成聚晶立方氮化硼的成型坯体，然后对成型坯体进一步进行加工处理制成搅拌头，不管是加压烧结还是对成型坯体的加工均可采用现有技术中对聚晶立方氮化硼的制备及加工的方法和设备，工艺简单，设备投资成本低，经济效益显著。进一步的，所述加压烧结的压力为2～4GPa。进一步的，所述加压烧结的温度为1200～1500℃。进一步的，所述加压烧结的时间为10～20min。不同粒度立方氮化硼粉体适合不同加工工况，进一步的，所述立方氮化硼粉体的中值粒径D50为2～20μm。例如所述立方氮化硼粉体的中值粒径D50为5～15μm。进一步的，所述金属粘结剂粉体的中值粒径D50≤1μm。例如所述金属粘结剂粉体的中值粒径为0.5～0.9μm。较小粒度的金属粘结剂粉体(中值粒径D50≤1μm)有利于在立方氮化硼粉体颗粒间填充并发挥粘结作用，同时还有利于搅拌头不同位置性能的均一性。进一步的，对成型坯体进行加工包括以下步骤：对成型坯体进行研磨抛光。进一步的，对成型坯体进行加工还包括以下步骤：研磨抛光后，在成型坯体在轴肩的后部加工出连接部。进一步的，对成型坯体进行加工还包括以下步骤：研磨抛光后，对成型坯体的搅拌针进行切割加工。对成型坯体进行加工的具体方法与搅拌头的设计结构、加压烧结采用的模具内腔的形状有关，模具内腔形状与搅拌头的设计结构相吻合的，只需要对制成成型坯体进行研磨抛光加工至设计尺寸，即可。如模具内腔形状与搅拌头设计结构差别较大时，还需要在对成型坯体研磨抛光后作进一步的加工处理，如在成型坯体上加工出连接部和/或对搅拌针进行切割加工成为设计形状或切本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种搅拌摩擦焊用搅拌头，其特征在于：包括轴肩和与所述轴肩一体成型的搅拌针，所述搅拌针和轴肩均由立方氮化硼和金属粘结剂制成。/n

【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦焊用搅拌头，其特征在于：包括轴肩和与所述轴肩一体成型的搅拌针，所述搅拌针和轴肩均由立方氮化硼和金属粘结剂制成。


2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊用搅拌头，其特征在于：所述立方氮化硼和金属粘结剂的质量比为65～95:5～35。


3.根据权利要求1或2所述的搅拌摩擦焊用搅拌头，其特征在于：所述金属粘结剂为钴、钨、铝中的一种或任意组合。


4.根据权利要求1或2所述的搅拌摩擦焊用搅拌头，其特征在于：所述搅拌摩擦焊用搅拌头采用包括以下步骤的方法制得：将立方氮化硼粉体和金属粘结剂粉体混合均匀后加压烧结，制得成型坯体；然后对成型坯体进行加工，即得。


5.根据权利要求4所述的搅拌摩擦焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷君，李和鑫，江明杰，王彬彬，黄红卫，
申请(专利权)人：富耐克超硬材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41