[发明专利]一种增强型吹气-半干式水下搅拌摩擦焊具

说明书

技术领域

本发明属于技术材料加工焊接技术领域，尤其涉及水冷却搅拌摩擦焊接装置。

背景技术

搅拌摩擦焊(FSW)自1991年TWI发明以来得到了广泛的研究和应用，特别是在低熔点易氧化的铝、镁及其合金焊接方面优势明显，并在铜、钛、复合材料及异种材料的焊接等领域得到广泛研究与推广应用。但是搅拌摩擦焊接过程实质是一个不均匀、不稳定、动态的热力学、塑性流变学和传热、传质与相变过程，从根本上导致接头温度、流变、组织和性能的非对称、非均匀和非连续性，从而使接头多因“弱连接”而破坏并导致接头强度系数下降。

为了解决“弱连接”现象，有很多学者和研究人员研究通过水浸或水雾冷却的措施来给焊缝降温，从而提高了FSW焊接各层的强度、硬度及整体均匀性；或采用动态控制低应力无变形焊接法原理，涉及水雾化热沉系统，一定程度上控制FSW过程的热塑性应力应变场。

但水浸和水雾冷却都存在不足之处，那就是使焊接操作变得更加复杂，更为严重的是易产生吸氢缺陷和腐蚀，影响了焊接接头质量。

因此寻找一种既能发挥水冷却效果、又能避免吸氢缺陷和腐蚀的措施或装置，成为了一个新的重要任务。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种增强型-半干式水下搅拌摩擦焊具，在水浸冷却的同时通过多级传动增强气流推力，能实现局部排水半干状态下进行搅拌摩擦，从而避免吸氢和易腐蚀缺陷。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种增强型吹气-半干式水下搅拌摩擦焊具，包括柱状的搅拌摩擦头、同轴固接在该搅拌摩擦头上的主动齿轮、通过轴承套接在该搅拌摩擦头上的终端齿轮、以及传动齿轮、风叶和气罩，所述传动齿轮包括同轴的大齿轮和小齿轮，且大齿轮直径大于小齿轮，其中小齿轮与主动齿轮啮合，大齿轮同时与终端齿轮啮合；所述风叶设在终端齿轮上并随终端齿轮旋转；所述气罩设在搅拌摩擦头外侧，并将风叶裹入气罩的内部空腔。

进一步改进，所述气罩为上宽下窄型结构，内壁通过支架与搅拌摩擦头固接，从而更加有利气体导流作用，增强气罩内空气流动，提高对气罩半径内区域水的流出，从而在搅拌摩擦头周围形成利于焊接的局部空气环境。

进一步的，所述气罩底端连接有弧形罩底，该弧形罩底的弧形开口朝外，从而有利于水的流出，形成局部空气环境。

进一步的，还包括齿轮轴，所述传动齿轮通过轴承套接在该齿轮轴上。

作为优选，所述搅拌摩擦头与齿轮轴的轴心线平行，从而有利于装置的安装和平稳运转。

进一步的，所述搅拌摩擦头的最外端套接有锁紧螺母，并将主动齿轮压紧，从而有效避免主动齿轮在搅拌摩擦头上的轴向移动。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：这是一种新式的搅拌摩擦焊具，不需要额外的压缩空气源，利用搅拌摩擦头自身的装置即可在焊接位置附近形成局部空气环境；形成的局部空气环境可有效避免水分进入焊缝，这有利于进一步提高焊接质量；由于叶片转速通过两级传动后得到放大，使其对气罩内空气推动力得到增强，这有利于焊具对搅拌摩擦头转速的适应范围更大；结构简单、实用性强。该增强型吹气-半干式水下焊接用搅拌摩擦头部件较少、成本低廉、容易实现且装配方便，这对于推广与应用具有重要的现实意义。

附图说明

图1为本发明所述增强型吹气-半干式水下搅拌摩擦焊具的结构示意图；

图2为本发明所述搅拌摩擦头的结构示意图。

其中，搅拌摩擦头1、主动齿轮2、终端齿轮3、小齿轮4、大齿轮5、风叶6、气罩7、弧形罩底8、锁紧螺母9、齿轮轴10、上支架11、下支架12、被焊工件13、液面14。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1～2所示，一种增强型吹气-半干式水下搅拌摩擦焊具，包括柱状的搅拌摩擦头1、同轴固接在该搅拌摩擦头1上的主动齿轮2、通过轴承套接在该搅拌摩擦头1上的终端齿轮3、以及传动齿轮、风叶6和气罩7，其中搅拌摩擦头1可由常规的高速钢或耐热钢制成，而风叶6由轻质合金或塑料制成；气罩7有轻质合金或透明有机玻璃罩制成，齿轮部件由塑料或金属材料制成。搅拌摩擦焊机可选用中国搅拌摩擦焊中心生产的FSW-3LM系列。