一种自持式中部轴肩静止搅拌摩擦焊头制造技术

本实用新型专利技术涉及一种自持式中部轴肩静止搅拌摩擦焊头，解决了中空型材组配的待焊箱型结构需要双面搅拌摩擦焊接的问题，其设有搅拌针，搅拌针的上段与上部轴肩、第一中部轴肩和上推力轴承配合，搅拌针的中段通过第一细牙螺纹与上限位螺母和下限位螺母配合，搅拌针的下段与下推力轴承、第二中部轴肩和下部轴肩配合，所述下部轴肩的底面接触法兰螺母的上端面，法兰螺母通过搅拌针下段的第二细牙螺纹与搅拌针配合。本实用新型专利技术结构简单可靠，安装拆卸方便，轴肩距可调，能适应不同中空型材的焊接，具备良好的工艺性与通用性，焊接过程中上部轴肩和下部轴肩旋转而第一中部轴肩和第二中部轴肩不旋转，显著降低了焊接热输入，提高了焊缝力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种自持式中部轴肩静止搅拌摩擦焊头
本技术涉及焊接
，具体地说是一种自持式中部轴肩静止搅拌摩擦焊头。
技术介绍
搅拌摩擦焊是一种新型固相焊接技术，能够避免在焊接过程中产生气孔、热裂纹、夹渣等缺陷，也能避免合金元素烧损，因此在铝、镁等有色金属的焊接领域具有广泛的应用前景。搅拌摩擦焊接过程中，搅拌头旋转并插入到待焊工件中，以一定的压力与待焊工件保持接触，导致焊接过程中有较大的下压力施加在待焊工件上。因此，在搅拌摩擦焊时，需要在待焊工件的背部安放支撑。目前，轨道列车制造行业存在大量铝合金中空型材焊接需求。在搅拌摩擦焊接中空型材组配的待焊箱型结构时，安放背部支撑难度极大，即使能够安放支撑，工装的加工也比较困难，支撑的取放也费时费力，成本高昂。同时，当支撑刚性不足，焊缝会出现沟槽、隧道、孔洞等缺陷。针对上述问题，目前在工业生产中主要采用双轴肩搅拌摩擦焊方法对铝合金中空型材对接组配的待焊箱型结构上侧与下侧的接缝进行分别焊接来完成中空型材的连接。然而两次焊接导致生产周期长，严重影响了生产效率，限制了搅拌摩擦焊技术在中空型材焊接领域的进一步应用。为实现同时对中空型材组配的待焊箱型结构的上、下接缝进行焊接，专利(201520196724.8)提出一种组合式双轴肩搅拌摩擦焊头，由上轴肩、第一搅拌针、承载式上下轴肩、第二搅拌针和下轴肩采用螺纹依次连接组成。这种设计存在以下几个问题：(1)使用两个搅拌针，焊头安装复杂，并难以实现较高的同轴度，进而导致焊接过程载荷波动剧烈，搅拌针容易断裂。(2)焊头通用性较差，需要更换承载式上下轴肩才能实现对内腔高度不同的中空型材的焊接。(3)焊接过程中上轴肩、承载式上下轴肩和下轴肩同时转动，需要电机功率大，焊接扭矩大，搅拌针容易断裂，使用寿命短；并且焊接热输入高，导致焊缝金属晶粒粗化、沉淀相溶解，接头力学性能降低。(4)搅拌针通过端部的螺纹拧进轴肩的螺纹孔内实现固定，这种固定方式导致搅拌针折断后，折断的部分卡在螺纹孔内无法取出，造成轴肩报废，使用成本高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供了一种适用于中空型材焊接的自持式中部轴肩静止搅拌摩擦焊头；且本技术可根据中空型材的不同方便的调节上部轴肩与第一中部轴肩、以及第二中部轴肩和下部轴肩的间距，具备良好的工艺性与通用性；焊接过程中第一中部轴肩以及第二中部轴肩不旋转，热输入与焊接扭矩较低，特别适用于高铁铝合金车体中空型材长直对接接缝的焊接。为此，本技术提供了一种自持式中部轴肩静止搅拌摩擦焊头，设有上部轴肩、上位键、搅拌针、中部轴肩、推力轴承、限位螺母、下部轴肩、下位键和法兰螺母，搅拌针为台阶轴，分为上段、中段和下段，搅拌针的上段直径和下段直径相同，搅拌针的中段直径大于搅拌针的上段直径和下段直径，中部轴肩分为第一中部轴肩和第二中部轴肩，推力轴承分为上推力轴承和下推力轴承，限位螺母分为上限位螺母和下限位螺母，搅拌针的上段依次与上部轴肩、第一中部轴肩和上推力轴承配合，搅拌针的中段攻有第一细牙螺纹，分别与上限位螺母和下限位螺母配合，搅拌针的下段依次与下推力轴承、第二中部轴肩和下部轴肩配合，下部轴肩的底面接触法兰螺母的上端面，法兰螺母通过搅拌针下段的第二细牙螺纹与搅拌针配合，搅拌针的上段和下段分别设有上键槽和下键槽，上部轴肩的顶端设有上位键槽，下部轴肩的底端设有下位键槽，上键槽和上位键槽中设有上位键，下键槽和下位键槽中设有下位键。优选地，第一中部轴肩的下端沿轴线设有第一沉孔,上推力轴承设有上推力轴承松环和上推力轴承紧环，上推力轴承紧环的内径小于上推力轴承松环的内径，上推力轴承松环的外径与第一沉孔过渡配合，上推力轴承紧环的内径与搅拌针上段过渡配合。优选地，上推力轴承的紧环下端面与上限位螺母的上端面接触，用于限制上推力轴承相对搅拌针向下的位移。优选地，第二中部轴肩的上端沿轴线设有第二沉孔，下推力轴承设有下推力轴承紧环和下推力轴承松环，下推力轴承紧环的内径小于下推力轴承松环的内径，下推力轴承松环的外径与第二沉孔过渡配合，下推力轴承紧环的内径与搅拌针下段过渡配合。优选地，下推力轴承的紧环上端面与下限位螺母的下端面接触，用于限制下推力轴承相对搅拌针向上的位移。优选地，上部轴肩沿轴线设有第一通孔，第一中部轴肩和第二中部轴肩沿轴线分别设有第二通孔和第三通孔，下部轴肩沿轴线设置有第四通孔，第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔直径相同，搅拌针的上段与第一通孔、第二通孔间隙配合，搅拌针的下段与第三通孔和第四通孔间隙配合。优选地，上部轴肩上一体成型设有夹持柄，上部轴肩的下端面和下部轴肩的上端面均设有螺旋形凹槽。优选地，第一中部轴肩的上端面和第二中部轴肩的下端面均为凸面。本技术与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本技术突破了以往搅拌头的设计思路，实现了一次装夹，无需对工件进行翻转，即能同时完成中空型材组配的待焊箱型结构上壁和下壁对接缝的搅拌摩擦焊接，可大大简化焊接工序，降低生产成本，提高生产效率。(2)本技术的搅拌针的中段设有第一细牙螺纹，通过第一细牙螺纹连接上限位螺母和下限位螺母，焊接过程中，手动拧动上限位螺母或下限位螺母，可以调节上部轴肩与第一中部轴肩的间距或者第二中部轴肩和下部轴肩的间距，以适应不同种类的中空型材，具备良好的工艺性与通用性。上部轴肩、搅拌针、中部轴肩、下部轴肩配合紧密、同轴度高、稳定性好，焊头安装、拆卸快捷方便，搅拌针或轴肩损坏时可单独进行更换，使用成本低。(3)本技术中的搅拌针的下端的第二细牙螺纹连接法兰螺母，法兰螺母的上端面与下部轴肩的下端面接触，从下方顶住下部轴肩，通过旋转法兰螺母使下部轴肩相对搅拌针向上运动，可以调整下部轴肩与上部轴肩的间距，以适应不同高度的中空型材的焊接。(4)本技术的搅拌针的上段和下段分别设有上键槽和下键槽，上部轴肩和下部轴肩分别设有上位键槽和下位键槽，通过上键槽、上位键槽、上位键的配合和下键槽、下位键槽、下位键的配合，在焊接过程中，在上部轴肩转动的同时，带动搅拌针和下部轴肩一并旋转，而第一中部轴肩和第二中部轴肩不旋转，有效降低了焊接热输入，提高了焊缝力学性能，降低了焊接扭矩，延长了搅拌针的使用寿命。附图说明图1为本技术的搅拌摩擦焊头的结构示意图；图2为本技术的搅拌摩擦焊头的分解结构示意图；图3为本技术下推力轴承的剖视图；图4为本技术的搅拌摩擦焊头的实施方式示意图。附图标记：1.上部轴肩；1-1.第一通孔；1-2.上位键槽；1-3.上部轴肩下端面；1-4.夹持柄；2.上位键；3.搅拌针；3-1上键槽；3-2.下键槽；3-3.第一细牙螺纹；3-4.第二细牙螺纹；4.第一中部轴肩；4-1.第二通孔；4-2.第一沉孔；5.上推力轴承；5-1.上推力轴承紧环；5-2.上推力轴承松环；6.上限位螺母；7.下限位螺母；8.下推力轴承；8-1.下推力轴承松环；8-2.下推力轴承紧环；9.第二中部轴肩；9-1.第三通孔；9-2.第二沉孔；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自持式中部轴肩静止搅拌摩擦焊头，其特征是，设有上部轴肩、上位键、搅拌针、中部轴肩、推力轴承、限位螺母、下部轴肩、下位键和法兰螺母，所述搅拌针为台阶轴，分为上段、中段和下段，所述搅拌针的上段直径和下段直径相同，所述搅拌针的中段直径大于所述搅拌针的上段直径和下段直径，所述中部轴肩分为第一中部轴肩和第二中部轴肩，所述推力轴承分为上推力轴承和下推力轴承，所述限位螺母分为上限位螺母和下限位螺母，所述搅拌针的上段依次与所述上部轴肩、所述第一中部轴肩和所述上推力轴承配合，所述搅拌针的中段攻有第一细牙螺纹，分别与所述上限位螺母和所述下限位螺母配合，所述搅拌针的下段依次与所述下推力轴承、所述第二中部轴肩和所述下部轴肩配合，所述下部轴肩的底面接触所述法兰螺母的上端面，所述法兰螺母通过所述搅拌针下段的第二细牙螺纹与搅拌针配合，所述搅拌针的上段和下段分别设有上键槽和下键槽，所述上部轴肩的顶端设有上位键槽，所述下部轴肩的底端设有下位键槽，所述上键槽和所述上位键槽中设有上位键，所述下键槽和所述下位键槽中设有下位键。/n

【技术特征摘要】
1.一种自持式中部轴肩静止搅拌摩擦焊头，其特征是，设有上部轴肩、上位键、搅拌针、中部轴肩、推力轴承、限位螺母、下部轴肩、下位键和法兰螺母，所述搅拌针为台阶轴，分为上段、中段和下段，所述搅拌针的上段直径和下段直径相同，所述搅拌针的中段直径大于所述搅拌针的上段直径和下段直径，所述中部轴肩分为第一中部轴肩和第二中部轴肩，所述推力轴承分为上推力轴承和下推力轴承，所述限位螺母分为上限位螺母和下限位螺母，所述搅拌针的上段依次与所述上部轴肩、所述第一中部轴肩和所述上推力轴承配合，所述搅拌针的中段攻有第一细牙螺纹，分别与所述上限位螺母和所述下限位螺母配合，所述搅拌针的下段依次与所述下推力轴承、所述第二中部轴肩和所述下部轴肩配合，所述下部轴肩的底面接触所述法兰螺母的上端面，所述法兰螺母通过所述搅拌针下段的第二细牙螺纹与搅拌针配合，所述搅拌针的上段和下段分别设有上键槽和下键槽，所述上部轴肩的顶端设有上位键槽，所述下部轴肩的底端设有下位键槽，所述上键槽和所述上位键槽中设有上位键，所述下键槽和所述下位键槽中设有下位键。


2.根据权利要求1所述的自持式中部轴肩静止搅拌摩擦焊头，其特征在于，所述第一中部轴肩的下端沿轴线设有第一沉孔,所述上推力轴承设有上推力轴承松环和上推力轴承紧环，所述上推力轴承紧环的内径小于所述上推力轴承松环的内径，所述上推力轴承松环的外径与所述第一沉孔过渡配合，所述上推力轴承紧环的内径与所述搅拌针上段过渡配合。


3.根据权利要求2所述的自持式中部轴肩静止搅拌摩擦焊头，其特征在于，所述上...

【专利技术属性】
技术研发人员：周利，李高辉，刘杉，王苹，张海峰，孙广达，张欣盟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，中车长春轨道客车股份有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37