搅拌摩擦焊工具插入件制造技术

本公开涉及两件式搅拌摩擦焊(FSW)工具插入件。工具插入件具有纵向旋转轴线，并包括搅拌销和围绕搅拌销同轴安装的环形肩部。搅拌销和环形肩部均包含聚晶立方氮化硼。环形肩部是厚度为1mm至12mm的薄的盘，并且肩部包括台锥形的中心孔，搅拌销穿过该中心孔突出。搅拌销穿过该中心孔突出。搅拌销穿过该中心孔突出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】搅拌摩擦焊工具插入件


[0001]本公开涉及一种两件式搅拌摩擦焊(FSW)工具插入件，其包括彼此可拆卸的搅拌销和肩部。本公开还涉及一种包括工具保持器和工具插入件的工具组件。

技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊(FSW)是一种技术，通过这种技术，旋转工具与两个要连接的邻接工件强制接触，工具的旋转产生工件的摩擦热和粘性热。沿着塑性区域混合时发生大范围变形。在塑性区域冷却时，工件沿着焊接接头连接。由于工件保持在固相中，因此这一处理在技术上是锻造处理，而不是焊接处理，但根据惯例，它被称为焊接或搅拌摩擦焊，本文也遵循这一惯例。
[0003]在低温金属的FSW的情况下，整个工具/工具保持器能够是单件成形工具钢，在这种情况下，它通常被称为“探头”。相比之下，在工具用于焊接高温合金(如钢)的情况下，工具通常由两个或多个部件组成。该工具具有与被焊接材料直接接触的端部元件，通常称为“圆盘”或“工具插入件”，工具的其余部分称为“工具保持器”。工具保持器牢牢地抓住圆盘，并装配到FSW机器中。工具圆盘和工具保持器一起构成“工具”或“工具组件”。工具圆盘通常被成形来形成肩部和搅拌销，通常在搅拌销的表面上切割出反向螺旋，从而在旋转过程中，该反向螺旋将金属拉向销，并将金属向下推入由销形成的孔中。
[0004]销长度通常为焊缝预期深度的95％，例如，对于6mm厚的钢中没有根部缺陷的全厚度对接焊缝，销长度为5.7mm。FSW操作中的一个关键挑战是焊接厚度超过12mm的板工件。随着板厚度的增加，很难获得所需的销长度。
[0005]US 2006/0169747公开了一种搅拌摩擦焊接工具，其具有柄部分、可释放地与柄部分接合的肩部分、以及可释放地与柄部分接合的销。柄部分11、肩部分50和销90由金属或金属合金制成，该金属或金属合金选自包含以下的组：高温难熔金属如钨、钼、铼及其合金；陶瓷如氮化硼和相关化合物；以及钨及其相关的碳化物。其中所描述的构造的缺点在于，在实现成本最低化和寿命最大化的同时生产FSW工具需要的材料量较大。
[0006]由聚晶立方氮化硼(PCBN)制成的工具圆盘，例如在申请人的共同未决申请GB1917907.6中描述的工具圆盘，是相对具有成本效益的并且非常耐用。然而，这种PCBN圆盘的制造处理的一个限制是需要一个大块的PCBN件，圆盘就是由该PCBN件制成的。整块PCBN块需要高达50mm的直径和50mm的高度，以生产具有12mm销高度的圆盘，其将能够焊接12mm厚度的板。由于PCBN烧结处理过程中使用的高压高温(HPHT)压机的限制，比这更大的整块PCBN块(以及因此的PCBN圆盘)目前是不可行的。更大的压机可能会损害材料的均匀性。简而言之，目前在实践中可实现的PCBN圆盘的尺寸限于能够焊接厚度为12mm或以下的板。
[0007]本专利技术的一个目的是提供一种能够焊接厚度大于12mm的板的FSW圆盘，这种圆盘具有成本效益并且耐用。

技术实现思路

[0008]在本专利技术的第一方面，提供了一种具有纵向旋转轴线的搅拌摩擦焊(FSW)工具插入件，所述工具插入件包括搅拌销和围绕搅拌销同轴安装的环形肩部，搅拌销和环形肩部均包含聚晶立方氮化硼，其中环形肩部是厚度为1mm至12mm的薄的盘，并且其中肩部包括台锥形的中心孔，搅拌销穿过该中心孔突出。
[0009]可选地，盘的厚度为2mm至12mm。优选地，盘的厚度为3mm至12mm。更优选地，盘的厚度为4mm至12mm。
[0010]肩部可以包含碳化物载体。可选地，肩部可以是无衬的，即没有任何载体。
[0011]优选地，肩部在平坦的上表面上包括至少一个螺旋特征，该上表面靠近搅拌销。
[0012]可选地，肩部具有4.5mm至75mm的外半径。
[0013]可选地，肩部还包括凸缘。
[0014]优选地，搅拌销包括圆锥形的第一销部分，该第一销部分在边界处远离第二销部分向顶点延伸。
[0015]可选地，搅拌销还包括设置在第一销部分和/或第二销部分之中或之上的搅拌诱导形貌特征。优选地，搅拌诱导形貌特征是螺旋和/或平面。
[0016]可选地，第二销部分包括靠近边界的向外呈台锥形的腰部区段，腰部区段延伸到向外呈台锥形的中间区段，中间区段延伸到向内呈台锥形的基部区段。
[0017]可选地，第二销部分具有高达50mm的外直径。可选地，第二销部分具有25mm至50mm的外直径。
[0018]在本专利技术的第二方面，提供了一种工具组件，该工具组件包括工具保持器和根据本专利技术第一方面的FSW工具插入件，该工具保持器包括用于接纳该工具插入件的保持部件，以及连接到该保持部件的细长的主干部件。
[0019]可选地，保持部件包括凹入的杯，以接纳工具插入件。
[0020]可选地，保持部件被构型为仅将搅拌销的基部区段接纳在凹入的杯中。
[0021]可选地，在组装状态下，肩部的下平坦的表面抵接工具保持器。
[0022]可选地，在组装状态下，肩部的内圆形表面抵接搅拌销的腰部区段。
[0023]优选地，工具保持器包括镍基合金。优选地，镍基合金是80A合金或类似合金。80A合金是一种含有钛、铝和碳添加物的镍铬基合金。
[0024]可选地，工具保持器还包括围绕肩部和工具保持器安装的锁紧螺母。
[0025]可选地，工具保持器还包括一组配合锁定元件，以防止肩部和工具保持器之间的相对旋转。优选地，可选地，工具保持器包括多组配合锁定元件。
附图说明
[0026]现在将仅通过示例的方式参考附图更具体地描述本专利技术，其中：
[0027]图1示出了现有技术搅拌摩擦焊工具的局部侧视图；
[0028]图2示出了现有技术工具组件的侧视图，该工具组件包括图1的工具、工具保持器和将工具固定到工具保持器上的锁环；
[0029]图3示出了根据本专利技术的工具插入件的透视图，该工具插入件包括搅拌销和肩部；
[0030]图4示出了图3的工具插入件的平面视图；
[0031]图5示出了图3的工具插入件的侧视图；
[0032]图6示出了通过图4所示剖面C
‑
C的横剖面视图；
[0033]图7示出了图3肩部的横剖面视图；
[0034]图8示出了图7肩部的平面视图；
[0035]图9示出了图3的搅拌销的透视图；
[0036]图10示出了图9的搅拌销的平面视图；
[0037]图11示出了图9的搅拌销的侧视图；
[0038]图12示出了用于与图3的工具插入件联结的工具保持器的透视图；
[0039]图13示出了图12的工具保持器的平面视图；
[0040]图14示出了通过图13所示剖面C
‑
C的横剖面视图；
[0041]图15示出了包括图3的工具插入件和图12的工具保持器的工具组件的透视图；
[0042]图16示出了图15的工具组件的侧视图；
[0043]图17示出了图15的工具组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有纵向旋转轴线的搅拌摩擦焊(FSW)工具插入件，所述工具插入件包括搅拌销和围绕搅拌销同轴安装的环形肩部，搅拌销和环形肩部均包含聚晶立方氮化硼，其中环形肩部是厚度为1mm至12mm的薄的盘，并且其中肩部包括台锥形的中心孔，搅拌销穿过所述中心孔突出。2.根据权利要求1所述的FSW工具插入件，其特征在于，所述盘具有2mm至12mm的厚度。3.根据权利要求1或2所述的FSW工具插入件，其特征在于，所述肩部包括碳化物载体。4.根据权利要求1或2所述的FSW工具插入件，其特征在于，所述肩部未衬有任何载体。5.根据前述权利要求中任一项所述的FSW工具插入件，其特征在于，所述肩部在平坦的上表面上包括至少一个螺旋特征，所述上表面靠近所述搅拌销。6.根据前述权利要求中任一项所述的FSW工具插入件，其特征在于，所述肩部具有4.5mm至75mm的外半径。7.根据前述权利要求中任一项所述的FSW工具插入件，其特征在于，肩部还包括凸缘。8.根据前述权利要求中任一项所述的FSW工具插入件，其特征在于，所述搅拌销包括圆锥形的第一销部分，所述第一销部分在边界处远离第二销部分向顶点延伸。9.根据权利要求8所述的FSW工具插入件，所述搅拌销还包括设置在所述第一销部分和/或所述第二销部分之中或之上的搅拌诱导形貌特征，其中所述搅拌诱导形貌特征是螺旋和/或平面。10.根据权利要求8或9所述的FSW工具插入件，其特征在于，所述第二销部分包括靠近所述边界的向外呈锥形的腰部区段，所述腰部区段延伸到向外呈锥形的中间区段，所述中...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：六号元素英国有限公司，
类型：发明
国别省市：