[发明专利]增强焊缝材料流动的搅拌摩擦焊接用搅拌头及其制造方法

权利要求书

1.一种增强焊缝材料流动的搅拌摩擦焊接用搅拌头，其特征在于：它包括搅拌头轴肩(1-1)和搅拌针(1-2)，搅拌针(1-2)固定连接在搅拌头轴肩(1-1)的下端面上，搅拌针(1-2)的直径小于搅拌头轴肩(1-1)的直径，搅拌针(1-2)的侧面加工出右旋螺纹和一个与轴线方向平行的平面，所述平面被截掉的圆弧段对应的圆心角为120°。

2.一种制造权利要求1所述的增强焊缝材料流动的搅拌摩擦焊接用搅拌头的方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实现的：

步骤一、搅拌头尺寸的确定：

根据被焊工件的厚度确定上轴肩的直径和搅拌针直径：上轴肩直径φ1为被焊工件厚度t的2.75～3倍，搅拌针直径φ2为被焊工件厚度t的1～1.25倍；

步骤二、确定搅拌针的使用长度：

搅拌针的使用长度T比工件厚度t小0.1～0.2mm；

步骤三、在轴肩位置开设方程为ρ＝b+aθ的阿基米德螺旋槽：

其中θ表示阿基米德螺旋线转过的总度数，ρ表示极径，b为搅拌针直径φ₂的1/2～1倍，表示θ等于零时的极径，a为1/(4π)～5/(π)，表示每旋转一度时极径的增加量，螺旋槽由内径向外径以顺时针方向向外扩展；

步骤四、在搅拌针侧面加工出螺纹和平面：

首先，在搅拌针侧面加工出右旋螺纹，然后，在搅拌针侧面加工出一个与轴线方向平行的平面，所述平面被截掉的圆弧段对应的圆心角为120°；

步骤五、固定第一被焊工件(2)和第二被焊工件(3)：

将第一被焊工件(2)和第二被焊工件(3)对接设置且二者位于同一水平面上，即将第一被焊工件(2)和第二被焊工件(3)组对，用夹具固定在工作台上；所述第一被焊工件(2)和第二被焊工件(3)为同厚度的板材；

步骤六、搅拌头定位：

将搅拌头移至工件外侧进行定位，使搅拌头轴肩(1-1)的端面与第一被焊工件(2)和第二被焊工件(3)的上端面重合，或扎入第一被焊工件(2)和第二被焊工件(3)深度H为0.01～0.5mm，搅拌针(1-2)的轴心线位于第一被焊工件(2)和第二被焊工件(3)的对接面处；

步骤七、对第一被焊工件(2)和第二被焊工件(3)进行搅拌摩擦焊接：

轴肩与搅拌针的转速为200转/分钟～3000转/分钟，搅拌头整体以20毫米/分钟～5000毫米/分钟的速度沿第一被焊工件(2)和第二被焊工件(3)的对接面长度方向行走，直至焊接完成。

3.根据权利要求2所述的增强焊缝材料流动的搅拌摩擦焊接用搅拌头的制造方法，其特征在于：所述步骤一中轴肩直径φ1为被焊工件厚度t的3倍，搅拌针直径φ2为被焊工件厚度t的1倍。

4.根据权利要求2所述的增强焊缝材料流动的搅拌摩擦焊接用搅拌头的制造方法，其特征在于：所述步骤二中搅拌针的使用长度T比工件厚度t小0.2mm。

5.根据权利要求2所述的增强焊缝材料流动的搅拌摩擦焊接用搅拌头的制造方法，其特征在于：所述步骤三中轴肩位置开出方程为ρ＝b+aθ的阿基米德螺旋槽，其中b为搅拌针直径φ₂的2/3倍，a为1/(2π)。

6.根据权利要求2所述的增强焊缝材料流动的搅拌摩擦焊接用搅拌头的制造方法，其特征在于：所述步骤六中扎入第一被焊工件(2)和第二被焊工件(3)深度H为0.15mm。

7.根据权利要求2所述的增强焊缝材料流动的搅拌摩擦焊接用搅拌头的制造方法，其特征在于：所述步骤七中轴肩(1-1)的转速为800转/分钟，焊接速度为200毫米/分钟。