[发明专利]一种避免形成根部缺陷的搅拌摩擦焊接装置及焊接方法

权利要求书

1.一种避免形成根部缺陷的搅拌摩擦焊接装置，它包括搅拌头组件(1)和支撑底座(2)，搅拌头组件(1)设置在支撑底座(2)的上方，其特征在于：搅拌头组件(1)包括上轴肩(1-1)、搅拌针(1-2)和下轴肩(1-3)，上轴肩(1-1)、搅拌针(1-2)和下轴肩(1-3)由上至下依次首尾连接制成一体，支撑底座(2)的中部开有凹槽(2-1)，下轴肩(1-3)的下端与支撑底座(2)中部的凹槽(2-1)相对应，上轴肩(1-1)的直径(D0)大于下轴肩(1-3)的直径(D2)大于搅拌针(1-2)的直径(D1)，上轴肩(1-1)的直径(D0)大于凹槽(2-1)的宽度(L)大于下轴肩(1-3)的直径(D2)。

2.根据权利要求1所述一种避免形成根部缺陷的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：上轴肩(1-1)的直径(D0)是搅拌针(1-2)直径(D1)的3倍～5倍，下轴肩(1-3)的直径(D2)是搅拌针(1-2)直径(D1)的1.5倍～2.5倍，凹槽(2-1)的宽度(L)比下轴肩(1-3)的直径(D2)大1～5毫米。

3.根据权利要求2所述一种避免形成根部缺陷的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：上轴肩(1-1)的直径(D0)是搅拌针(1-2)直径(D1)的4倍，下轴肩(1-3)的直径(D2)是搅拌针(1-2)直径(D1)的2倍，凹槽(2-1)的宽度(L)比所述下轴肩(1-3)的直径D2大2毫米。

4.一种利用权利要求1所述装置进行搅拌摩擦焊接的方法，其特征在于：所述一种避免形成根部缺陷的搅拌摩擦焊接方法的具体步骤如下：

步骤一、用夹具将第一被焊工件(3)和第二被焊工件(4)并排固定在支撑底座(2)的上表面上，使第一被焊工件(3)的一侧与第二被焊工件(4)的一侧接触，第一被焊工件(3)与第二被焊工件(4)的接触面位于凹槽(2-1)中心线的上方；

步骤二、将搅拌头组件(1)移至第一被焊工件(3)与第二被焊工件(4)互相接触的焊接起始位置，使搅拌头组件(1)从第一被焊工件(3)与第二被焊工件(4)接触面的上方扎入第一被焊工件(3)与第二被焊工件(4)的接触面之间，直至上轴肩(1-1)下表面压入第一被焊工件(3)和第二被焊工件(4)的接触面之间的深度达到设定值h₁为止；

步骤三、使搅拌头组件(1)沿第一被焊工件(3)与第二被焊工件(4)的接触面的长度方向前行，直至焊接完成。

5.根据权利要求4所述一种避免形成根部缺陷的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：步骤二中搅拌头组件(1)的旋转速度为500～2000转/分，搅拌头组件(1)扎入第一被焊工件(3)与第二被焊工件(4)的接触面之间的扎入速度为0.5～2毫米/分，搅拌头组件(1)的前行速度为50～1000毫米/分。

6.根据权利要求5所述一种避免形成根部缺陷的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：步骤二中搅拌头组件(1)的旋转速度为1000转/分，搅拌头组件(1)扎入第一被焊工件(3)与第二被焊工件(4)的接触面之间的扎入速度为1毫米/分，搅拌头组件(1)的前行速度为200毫米/分。

7.根据权利要求4所述一种避免形成根部缺陷的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：步骤二中搅拌针(1-2)的长度h₃、第一被焊工件(3)的厚度h₂、上轴肩(1-1)压入第一被焊工件(3)和第二被焊工件(4)的接触面之间的深度h₁满足以下关系：h₂＝h₁+h₃，其中h₁为0～0.5mm，第一被焊工件(3)的厚度与第二被焊工件(4)的厚度相同。