一种用于低熔点合金厚板焊接的强力搅拌焊头制造技术

一种用于低熔点合金厚板焊接的强力搅拌焊头，由搅棒１、台肩２、下隔热垫３、夹持体４、和上隔热垫６组成，搅棒１装于台肩２的中心孔内，台肩２的柄部与夹持体４内孔配合，夹持体４的端面凸键与台肩２凹槽配合。本实用新型专利技术能实现厚板搅拌摩擦焊所要求的高强度搅拌生热，形成大流量金属流变和高流变压力，能有效抑制金属溢出消除飞边，生成致密焊缝组织；本实用新型专利技术还具有拆卸快捷、易制造、隔热性好、易损件少和经久耐用等优点。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于低熔点合金焊接的搅拌摩擦焊的强力搅拌焊头，属于低熔点合金焊接领域。
技术介绍
搅拌摩擦焊是一种新型金属低温固相连接技术。适用于难以用熔化焊接的低熔点合金，目前各国都在竞相研发，并已在航天航空、船舶、高速列车、装甲战车等领域有了一些成功应用。搅拌头是这一新型焊接工艺中的关键部件之一，起着摩擦生热，挤压金属，导流和顶锻生成致密焊缝组织的多重作用，要求具有高强、耐磨、隔热、耐高温等性能。对于低熔点合金厚板的焊接，从提高焊接温度的角度来说，需要提高搅拌强度，即提高搅拌转速及加大顶锻力，以提高单位时间内有机械能转变来的热量，但搅拌强度的提高会带来两个负面效应其一是表层塑性金属在压力和离心力的作用下从搅拌头肩边沿溢出形成飞边；其二是焊缝区金属因金属流失，填充不充分，而形成疏松组织甚至空洞。对于厚板的焊接所要求高强度搅拌、大流量金属流变和高流变压力，普通的搅拌头难以胜任，容易出现飞边、组织疏松乃至空洞等焊接缺陷。
技术实现思路
为了解决厚板搅拌焊接中因其下层金属焊接温度偏低，金属流量大，易产生飞边和空洞而难以焊接的问题，本技术提供一种用于低熔点合金厚板焊接的强力搅拌焊头。一种用于低熔点合金厚板焊接的强力搅拌焊头，由搅棒1、台肩2、下隔热垫3、夹持体4、和上隔热垫6组成，搅棒1的下部为具有旋转抛物线轮廓和螺旋棱的工作部，上部为圆柱面，圆柱面上对称分布两个120°圆锥形凹坑，搅棒1装于台肩2的中心孔内，台肩2的柄部与夹持体4内孔配合，台肩2的柄部有凹槽，夹持体4的端面设置有凸键，夹持体4的端面凸键与台肩2凹槽及搅棒的圆锥形凹坑配合，夹持体4头部有螺孔，螺钉5旋入穿过台肩2柄部的光孔顶住搅棒上的锥形凹坑，夹持体柄部的圆柱面和键与搅拌主轴内孔配合，夹持体中心设螺钉轴向紧固，台肩2与夹持体4的端面之间用下隔热垫3隔开，夹持体与搅拌主轴之间用上隔热垫6隔开。各部分功能如下所述搅棒1的上部为圆柱面，圆柱面上对称分布两个120°圆锥形凹坑，并与台肩内孔配合，下部为具有旋转抛物线轮廓和螺旋棱的工作部，采用具有高红硬温度、高强度和良好韧性的耐高温材料制造，其作用是对焊接区的待焊金属进行搅拌。在焊接过程中形成搅拌摩擦焊缝所需的超塑性流动，以得到固相连接焊缝，旋转抛物线轮廓正好与厚板搅拌摩擦焊接温度场高温区相吻合，确保焊接区金属充分塑化。螺旋棱旋向与主轴旋转配合，推动塑化金属向下流动，形成焊核下层组织。所述台肩2下端面有170～175°的内凹锥面，锥面上设有内凹的端面螺旋凸棱，其内聚方向与工作时转向相反，上部为圆柱面定位，上设径向孔用于轴向固定，凸棱顶面内凹使之在具有容纳钻入时溢出的塑性金属的同时，能强化搅拌生热，并将塑性金属挤向焊接区。其旋向与主轴高速转动配合，将台肩边沿金属向焊接区挤压，在中心区搅棒周围形成高压流体区，生成焊核上层组织，在流体高压的作用下与搅棒生成的下层组织紧密结合形成致密焊缝组织。螺旋凸棱还有防止焊接过程中金属流失，形成飞边和焊接空洞的作用。所述下隔热垫3以薄石棉板制作，置于台肩与夹持体之间，起隔热保温作用，阻隔热量从搅拌区向主轴传递，在台肩与夹持体之间形成大的温度梯度，保持焊接区的温度。所述夹持体4由柄部(上)和夹持部(下)组成，柄部为带键的圆柱或圆锥形定位面，与焊机主轴联结，中心处螺栓紧固(图中未画出)，夹持部设内孔与台肩定位面配合，并用端面键驱动台肩，圆柱面上由径向螺孔，用于安装紧定螺钉5。螺钉5从夹持体下部的径向螺孔旋入，穿过台肩定位圆柱面上的径向孔，对台肩进行轴向固定，并顶紧搅棒上的圆锥凹坑，对搅棒进行轴向和周向紧固与驱动。所述上隔热垫6以薄石棉板制作，置于夹持体与搅拌主轴之间，起隔热保温作用，阻隔热量从夹持体向主轴传递，避免焊接热量引起过大的主轴温升，并使台肩保持较高的温度。本技术的优点和积极效果主要表现在以下方面集料凸棱在焊缝形成区构成稳定高压流变区，防止外溢，消除了焊接飞边，并生成致密焊缝组织；多级热阻设计，有效抑制搅拌摩擦热损失；改善了厚板焊缝组织沿厚度方向的不均匀性；高强度铝合金在超塑性状态下的流动性仍较差，本技术所形成的塑性金属流体高压能有效克服上述困难，获得优良焊缝。本技术能实现厚板搅拌摩擦焊所要求的高强度搅拌生热，形成大流量金属流变和高流变压力，能有效抑制金属溢出消除飞边，生成致密焊缝组织；本技术还具有拆卸快捷、易制造、隔热性好、易损件少(仅需更换搅棒)和经久耐用等优点，是新型高强铝合金厚板焊接专用搅拌工具，对于发展我国搅拌摩擦焊接技术具有重要意义。附图说明图1本技术的组装图；图2本技术的爆炸图；图3本技术台肩内凹集料棱正视图；图4本技术台肩内凹集料多棱正视图；图5本技术台肩内凹集料棱剖视图。以下结合附图对本技术的工作过程作进一步的说明。在焊接过程中，台肩与工件表面剧烈摩擦，在焊缝区使金属形成具有漏斗状高温区，搅棒的旋转抛物线轮廓正好与厚板搅拌摩擦焊接温度场高温区相吻合，确保焊接区金属在充分塑化条件下形成焊缝组织。台肩下端面设有一条或多条内凹螺旋集料凸棱，螺旋棱内聚方向与主轴旋转配合，推动塑化金属向焊核中心流动，形成焊核上层组织。在流体高压的作用下与搅棒生成的下层组织紧密结合形成致密焊缝组织。凸棱顶面的内凹特征使本技术在具有强化搅拌生热和聚集塑性金属作用的同时，能容纳并密闭钻入时溢出的塑性金属，保持焊接区金属流体的压力，螺旋凸棱在接下来的焊接过程中还有防止焊接过程中金属流失，形成飞边和焊接空洞的作用。由上、下隔热垫构成的两级热阻有效地防止搅拌热的损失，保持焊接区温度稳定。只要拆下螺钉5，就能轻松更换搅棒和台肩，也只需更换搅棒与台肩，就能适应不同材料和焊接厚度的工艺要求。权利要求1.一种用于低熔点合金厚板焊接的强力搅拌焊头，其特征在于主要包括搅棒(1)、台肩(2)、夹持体(4)，搅棒的下部为具有旋转抛物线轮廓和螺旋棱的工作部，上部为圆柱面，圆柱面上对称分布两个120°圆锥形凹坑，搅棒装于台肩的中心孔内，台肩的柄部与夹持体内孔配合，台肩的柄部有凹槽，夹持体的端面设置有凸键，夹持体的端面凸键与台肩凹槽及搅棒的圆锥形凹坑配合，夹持体头部有螺孔，螺钉旋入穿过台肩柄部的光孔顶住搅棒上的锥形凹坑，夹持体柄部的圆柱面和键与搅拌主轴内孔配合，夹持体中心设螺钉轴向紧固，台肩与夹持体的端面之间用下隔热垫隔开，夹持体与搅拌主轴之间用上隔热垫隔开。2.根据权利要求1所述的搅拌焊头，其特征在于所述台肩下端面有170～175°的内凹锥面，锥面上设有内凹的端面螺旋凸棱，螺旋凸棱的内聚方向与工作时转向相反。3.根据权利要求1所述的搅拌焊头，其特征在于所述隔热垫为薄石棉板。专利摘要一种用于低熔点合金厚板焊接的强力搅拌焊头，由搅棒1、台肩2、下隔热垫3、夹持体4、和上隔热垫6组成，搅棒1装于台肩2的中心孔内，台肩2的柄部与夹持体4内孔配合，夹持体4的端面凸键与台肩2凹槽配合。本技术能实现厚板搅拌摩擦焊所要求的高强度搅拌生热，形成大流量金属流变和高流变压力，能有效抑制金属溢出消除飞边，生成致密焊缝组织；本技术还具有拆卸快捷、易制造、隔热性好、易损件少和经久耐用等优点。文档编号B23K20/12GK2776617SQ200520050618公开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于低熔点合金厚板焊接的强力搅拌焊头，其特征在于：主要包括搅棒（１）、台肩（２）、夹持体（４），搅棒的下部为具有旋转抛物线轮廓和螺旋棱的工作部，上部为圆柱面，圆柱面上对称分布两个１２０°圆锥形凹坑，搅棒装于台肩的中心孔内，台肩的柄部与夹持体内孔配合，台肩的柄部有凹槽，夹持体的端面设置有凸键，夹持体的端面凸键与台肩凹槽及搅棒的圆锥形凹坑配合，夹持体头部有螺孔，螺钉旋入穿过台肩柄部的光孔顶住搅棒上的锥形凹坑，夹持体柄部的圆柱面和键与搅拌主轴内孔配合，夹持体中心设螺钉轴向紧固，台肩与夹持体的端面之间用下隔热垫隔开，夹持体与搅拌主轴之间用上隔热垫隔开。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺地求，周鹏展，舒霞云，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：实用新型
国别省市：43[中国|湖南]