[发明专利]一种钛及钛合金搅拌摩擦焊用双层气体保护罩

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛及钛合金搅拌摩擦焊用保护罩，属于焊接技术领域。

背景技术

搅拌摩擦焊的基本原理如专利PCT/GB92/02203所述。在焊接过程中，利 用高速旋转的搅拌头与工件摩擦产生的热量使被焊材料局部塑化，当搅拌头沿 着焊接界面移动时，塑化材料在搅拌头的转动摩擦力作用下由搅拌头的前部移 向后部，并在搅拌头的挤压下形成致密的固相焊缝。从发明至今，搅拌摩擦焊 技术已成功应用于铝、镁等低熔点材料的焊接。近年来，钢、钛及钛合金等高 熔点材料逐渐成为搅拌摩擦焊的研究热点。与低熔点材料不同的是，高熔点材 料在高温下才能塑化并实现焊接，焊接过程中需防止被焊材料与空气组分反应 而影响焊接质量，对于化学活性较强的钛及钛合金而言更是如此。

针对钛及钛合金搅拌摩擦焊过程保护问题，洛克希德-马丁公司和南卡莱 罗纳大学的研究人员将工件置于充满保护气体的封闭气室内进行焊接[5th International Friction Stir Welding Symposium，Metz，2004]。采用这种方式保护 效果较好，但需要考虑密封及工件结构尺寸等因素，导致气室结构复杂且适应 性较差。日本专利号为JP2004337860-A中提出一种钛及钛合金搅拌摩擦焊用 气体保护装置，焊接过程中保护气体从保护装置入口进入后从出口流出，从而 实现对焊接区域的随焊保护。但这种保护装置仅由单层气罩组成，通入气罩内 的保护气直接与高速旋转的搅拌头及其传动轴发生接触，从而会产生强烈的紊 流运动，会使空气卷入焊接区域而影响保护效果。

发明内容

本发明为了解决现有钛及钛合金搅拌摩擦焊用气体保护装置存在结构复 杂、适应性较差及易受搅拌头高速旋转而影响保护效果的问题，提供一种钛及 钛合金搅拌摩擦焊用双层气体保护罩。

本发明的技术方案是：本发明所述双层气体保护罩由内气罩、外气罩、内 气罩进气嘴和外气罩进气嘴组成；内气罩和外气罩沿轴向均设有贯通的空腔， 内气罩装在外气罩的空腔内，内气罩的外部形状为由上至下依次制成一体的内 气罩圆柱形配合段、内气罩圆柱形气体进入段和内气罩圆台形气体流出段组 成，内气罩圆柱形气体进入段的外径小于内气罩圆柱形配合段的外径，内气罩 圆台形气体流出段的上端外径大于其下端外径，内气罩圆台形气体流出段的上 端外径与内气罩圆柱形气体进入段的外径相等，内气罩圆柱形配合段的上端面 沿圆周方向开有用于与外气罩装配的多个第一连接孔，内气罩圆柱形气体进入 段的侧壁上沿径向开有一个第一进气孔；外气罩的外部形状为由上至下依次制 成一体的外气罩圆柱形配合段、外气罩圆柱形气体进入段和外气罩圆台形气体 流出段组成，外气罩圆柱形气体进入段的外径小于外气罩圆柱形配合段的外 径，外气罩圆台形气体流出段的上端外径大于其下端外径，外气罩圆台形气体 流出段的上端外径与外气罩圆柱形气体进入段的外径相等，外气罩圆柱形配合 段的上端面沿圆周方向开有与焊机装配的多个第二连接孔，外气罩圆柱形配合 段上与多个第一连接孔相对应位置处开有用于与内气罩装配的多个螺孔，外气 罩圆柱形气体进入段的侧壁上对称开有两个第二进气孔，内气罩进气嘴穿过外 气罩圆柱形气体进入段上的两个第二进气孔中的任意一个和内气罩圆柱形气 体进入段上的第一进气孔伸入内气罩圆柱形气体进入段的空腔内，外气罩圆柱 形气体进入段与内气罩圆柱形气体进入段之间以及外气罩圆台形气体流出段 与内气罩圆台形气体流出段之间均分别设有间距，外气罩进气嘴穿过外气罩圆 柱形气体进入段上的两个第二进气孔中的剩余一个伸入外气罩圆柱形气体进 入段和内气罩圆柱形气体进入段之间。

本发明的有益效果是：本发明利用内气罩、外气罩、内气罩进气嘴和外气 罩进气嘴组成的双层气体保护罩，使保护气体在焊接过程中分别由内气罩进气 嘴和外气罩进气嘴进入内气罩及内气罩与外气罩之间的区域内，并从内气罩的 气体流出口和内气罩与外气罩之间的气体流出口流出，从而对焊接区域进行随 焊保护。采用这种设计，除了在内气罩中提供保护气体外(该保护气会受到高 速旋转搅拌头影响而形成一定的紊流)，还能在内气罩与外气罩之间的区域提 供不会受到高速旋转搅拌头影响的层流气体。正是该层流气体，可将周围的空 气完全隔离在焊接区以外，从而使焊接区得到比单层气罩更好的保护效果。因 此，采用这种设计既具有结构简单、适应性好的优点，还可以对焊接区域提供 稳定的气体保护，从而保证钛及钛合金的搅拌摩擦焊接质量。

附图说明