一种无倾角无减薄搅拌摩擦焊具及焊接设备制造技术

本实用新型专利技术涉及搅拌摩擦焊接技术领域，具体涉及一种无倾角无减薄搅拌摩擦焊具及焊接设备。其焊具的搅拌头端部具有外凸轴肩和搅拌针，搅拌针与所述外凸轴肩的轴心重合；外凸轴肩表面设有至少两条螺旋凹槽，螺旋凹槽环绕所述搅拌针圆周向设置；并且，螺旋凹槽具有一定的深度，使其在焊接过程中，螺旋凹槽的总体积大于所述外凸轴肩扎入待焊材料的体积。通过轴肩外凸焊具的设计，并且在凸起的轴肩上设计具有一定深度的螺旋槽，可以实现无倾角焊接。同时将轴肩表面的内凹槽设计存储材料体积大于轴肩下压后挤压材料体积，使得轴肩凹槽具有较大的深度，保证焊接材料聚拢在轴肩内部，使材料不溢出焊缝，进而保证在焊接过程中焊缝无减薄。薄。薄。

【技术实现步骤摘要】
一种无倾角无减薄搅拌摩擦焊具及焊接设备


[0001]本技术涉及搅拌摩擦焊接的
，具体涉及一种无倾角无减薄搅拌摩擦焊具及焊接设备。

技术介绍

[0002]目前搅拌摩擦焊接中采用的搅拌头轴肩通常为内凹结构，在焊接过程中具有聚拢材料的作用，但是在焊接过程中搅拌头通常需要设置一个倾角，避免缺陷的产生，但为了实现在焊接中进行倾角的调节，焊接设备需要多出一个轴。为了保证焊接质量，搅拌倾角的调节方向需要和焊接方向在同一平面内，因此复杂结构焊接时，需要不断调节倾角方向，使得焊接程序格外复杂，操作难度极大。另外，由于倾角的存在，搅拌头的下压作用会使焊缝产生一定减薄量。
[0003]为解决上述问题，中国专利CN108031967A公开了一种无倾角搅拌摩擦焊的顶锻力自补偿搅拌工具及焊接方法，其将轴肩外圆环设置为平面且开设有阿基米德螺旋槽和倒角，有利于焊缝表面材料向轴肩中心区域聚拢，可以在一定程度上减少飞边；但是在上述方案中，其轴肩外圆为平面结构，无倾角焊接时，搅拌头前沿常出现“铲”材料问题，即焊接过程中，材料不断堆积在搅拌头前进方向前沿，进而造成材料破损，同样会在焊接过程中产生减薄量。
[0004]另外，中国专利CN109365991B公开了一种实现焊缝增厚的搅拌摩擦焊接装置及其方法，其搅拌工具模块的轴肩端面设置为外凸球面，外凸尺寸为0.2mm～0.5mm，外凸球面上加工螺旋沟槽结构，在下扎过程中，搅拌工具扎入工件所排出的材料被轴肩上的螺旋沟槽收集，在搅拌工具的作用下均匀分布于整条焊缝表面。但是该专利方案中，其沟槽的深度比较浅，因此，在下压过程中轴肩内部储存材料量小于轴肩下压挤压出的材料量，同样会存在焊缝减薄的问题。
[0005]因此，现有技术中的无倾角搅拌摩擦焊技术中，都会存在一定程度的焊缝减薄的问题。

技术实现思路

[0006]为解决现有的无倾角搅拌摩擦焊技术中存在的焊缝减薄问题，本技术提出一种无倾角无减薄搅拌摩擦焊具及焊接设备，保证轴肩下压材料不溢出焊缝，实现无减薄焊接。
[0007]为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案如下：
[0008]本技术提供一种无倾角无减薄搅拌摩擦焊具，包括搅拌头，所述搅拌头端部具有外凸轴肩和搅拌针，所述搅拌针与所述外凸轴肩的轴心重合；
[0009]其中，所述外凸轴肩表面设有至少两条螺旋凹槽，所述螺旋凹槽环绕所述搅拌针圆周向设置；且，螺旋凹槽在焊接过程中，所述螺旋凹槽的总体积大于所述外凸轴肩扎入待焊材料的体积。
[0010]上述无倾角无减薄搅拌摩擦焊具中，所述螺旋凹槽所述螺旋凹槽的首端临靠搅拌针根部，末端延伸至外凸轴肩边沿，且螺旋凹槽呈开放状态。
[0011]上述无倾角无减薄搅拌摩擦焊具中，所述螺旋凹槽为截面为圆弧状的凹槽；该螺旋凹槽的截面圆弧半径r满足以下条件：
[0012][0013]式中，R为轴肩外凸圆弧半径，h为外凸轴肩扎入深度，θ为螺旋凹槽截面圆弧的圆心角弧度，l为螺旋凹槽的长度，n为螺旋凹槽的条数。
[0014]可选择地，上述无倾角无减薄搅拌摩擦焊具中，所述螺旋凹槽是截面为矩形的凹槽；该螺旋凹槽的深度b满足以下条件：
[0015][0016]式中，R为轴肩外凸圆弧半径，h为外凸轴肩扎入深度，l为螺旋凹槽的长度，n为螺旋凹槽的条数，a为螺旋凹槽的宽度。
[0017]上述无倾角无减薄搅拌摩擦焊具中，所述螺旋凹槽的深度为焊接中轴肩下压量的2倍以上，优选地，所述螺旋凹槽的深度为焊接中轴肩下压量的2
‑
4倍。
[0018]上述无倾角无减薄搅拌摩擦焊具中，所述螺旋凹槽中，靠近轴肩边缘的凹槽宽度小于靠近搅拌针根部位置的宽度。
[0019]上述无倾角无减薄搅拌摩擦焊具中，所述螺旋凹槽的深度为1
‑
3mm，所述外凸轴肩的高度为0.6
‑
1.5mm。
[0020]上述无倾角无减薄搅拌摩擦焊具中，所述螺旋凹槽的深度为所述外凸轴肩的高度70％
‑
300％；其中，所述外凸轴肩的高度是指轴肩凸起的总高度。
[0021]本技术还提供一种搅拌摩擦焊接设备，其包括旋转主轴和安装在旋转主轴上的焊具，所述焊具为上述的无倾角无减薄搅拌摩擦焊具；在焊接过程中，焊具轴线与零件焊接位置表面法线方向重合，实现无倾角焊接。
[0022]本技术技术方案，具有如下优点：
[0023]1、本技术提供的无倾角无减薄搅拌摩擦焊具，通过轴肩外凸焊具的设计，并且在凸起的轴肩上设计具有一定深度的螺旋凹槽，可以实现无倾角焊接。同时将轴肩表面的内凹槽设计存储材料体积大于轴肩下压后挤压材料体积，使得轴肩凹槽具有较大的深度，保证焊接材料聚拢在轴肩内部，使材料不溢出焊缝外，进而保证在焊接过程中焊缝无减薄。
[0024]2、本技术提供的无倾角无减薄搅拌摩擦焊具，其螺旋凹槽的末端延伸至外凸轴肩边沿，且螺旋凹槽呈开放状态，与具有大深度的螺旋凹槽协同作用，在焊接过程中可以使轴肩区域材料顺利流动，以将焊具前进侧的材料收进所述螺旋凹槽结构内，形成一短暂的负压空腔，并且将螺旋凹槽内塑化的材料从前进侧后方排出，然后回填至上述负压空腔
内，保证焊缝的无减薄。
[0025]3、本技术提供的搅拌摩擦焊接设备，在焊接过程中，焊具轴线与零件焊接位置表面法线方向重合，在复杂结构焊接中也不需要调节搅拌头与工件之间的倾角，同时可以省略搅拌摩擦焊接设备中的搅拌头与工件之间倾角调节轴；并且，焊具的凹槽深度加深，有利于促进材料流动，大内凹在焊接过程中存储更多的材料，实现焊缝的无减薄。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，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的附图。
[0027]图1为本技术实施例提供的无倾角无减薄搅拌摩擦焊具的结构示意图；
[0028]附图标记说明：
[0029]1‑
外凸轴肩；2
‑
搅拌针；3
‑
螺旋凹槽；4
‑
凹槽开放尖端。
具体实施方式
[0030]下面将结合附图对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0031]在本技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无倾角无减薄搅拌摩擦焊具，包括搅拌头，其特征在于，所述搅拌头端部具有外凸轴肩和搅拌针，所述搅拌针与所述外凸轴肩的轴心重合；其中，所述外凸轴肩表面设有至少两条螺旋凹槽，所述螺旋凹槽环绕所述搅拌针圆周向设置；且螺旋凹槽在焊接过程中，所述螺旋凹槽的总体积大于所述外凸轴肩扎入待焊材料的体积。2.根据权利要求1所述的无倾角无减薄搅拌摩擦焊具，其特征在于，所述螺旋凹槽的首端临靠搅拌针根部，末端延伸至外凸轴肩边沿，且螺旋凹槽呈开放状态。3.根据权利要求2所述的无倾角无减薄搅拌摩擦焊具，其特征在于，所述螺旋凹槽为截面呈圆弧状的凹槽；该螺旋凹槽的截面圆弧半径r满足以下条件：式中，R为轴肩外凸圆弧半径，h为外凸轴肩扎入深度，θ为螺旋凹槽截面圆弧的圆心角弧度，l为螺旋凹槽的长度，n为螺旋凹槽的条数。4.根据权利要求2所述的无倾角无减薄搅拌摩擦焊具，其特征在于，所述螺旋凹槽为截面呈矩形的凹槽；该螺旋凹槽的深度b满足以下条件：式中，R为轴肩外凸圆弧半径，h为外凸轴肩扎入深度，l为螺旋凹槽的长度，n为螺旋凹槽的条数，a为螺旋凹槽的宽度。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：万龙，刘景麟，高祎晗，
申请(专利权)人：昆山万洲特种焊接有限公司，
类型：新型
国别省市：