[发明专利]一种能实现单次焊接双道成形的搅拌摩擦焊焊具

说明书

一种能实现单次焊接双道成形的搅拌摩擦焊焊具，以解决现有搅拌摩擦焊过程中，由于轴肩压入焊缝表面，大量的摩擦产热导致工件表面材料软化溢出，形成飞边，导致焊缝减薄的问题。本发明的下圆柱体上设有径向螺纹通孔，径向螺纹通孔位于环形隔热槽的上方，夹持孔将径向螺纹通孔分为两个径向螺纹通孔，大直径轴肩设计为内凹型，搅拌体设置在夹持孔中，搅拌体的上端面与夹持孔的底部靠严，两侧焊具夹持面与两个径向螺纹通孔上下一一正对，小直径轴肩设计为内凹型，小直径轴肩的端面相对大直径轴肩的端面向外伸出有一定的伸出量D，搅拌针的外径表面设有右旋螺纹，搅拌针的下端面为凸面，每个径向螺纹通孔中旋入一个紧固螺钉。本发明用于搅拌摩擦焊。

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦焊焊具，具体涉及一种能实现单次焊接双道成形的搅拌摩擦焊焊具。

背景技术

搅拌摩擦焊(FSW)是英国焊接研究所(TWI)于1991年发明的一种新型固相连接方法，该技术因其焊接变形小、残余应力小，无需保护气体和填充材料，可消除气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷，以及不产生弧光、烟尘、噪音污染等特点，受到各国科研机构的关注，且因为焊接质量好，搅拌摩擦焊在航天航空、船舶、汽车等领域已显示出广泛的应用前景。搅拌摩擦焊过程中，利用高速旋转的搅拌头与工件摩擦产热及材料塑性变形热作为焊接热源，使被焊材料局部塑化，当搅拌头沿着焊接界面向前移动时，塑化材料在搅拌头的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。

搅拌摩擦焊焊具前端搅拌针部分在焊接过程中扎进材料内部进行摩擦和搅拌，而轴肩部分与工件表面摩擦产生热量，同时内凹的几何形状可一定程度防止塑性状态的材料溢出。焊具轴肩在焊接过程中压入工件表面一定深度，能起到清除表面氧化膜，优化焊缝表面的作用。然而，由于轴肩压入焊缝表面，大量的摩擦产热导致工件表面材料软化溢出，形成飞边，导致焊缝减薄效应。另一方面，铝/铜等异种金属在焊接时极易形成脆性的金属间化合物，导致焊缝无法成形，焊缝表面缺陷严重。针对上述问题，设计一种能实现单次焊接双道成形以消除焊缝减薄、修复铝/铜缺陷的搅拌摩擦焊焊具是非常有必要的。

发明内容

本发明为了解决现有搅拌摩擦焊过程中，由于轴肩压入焊缝表面，大量的摩擦产热导致工件表面材料软化溢出，形成飞边，导致焊缝减薄；另一方面，铝/铜等异种金属在焊接时极易形成脆性的金属间化合物，导致焊缝无法成形，焊缝表面缺陷严重的问题，提出一种能实现单次焊接双道成形的搅拌摩擦焊焊具。

本发明的一种能实现单次焊接双道成形的搅拌摩擦焊焊具，其组成包括夹持体、搅拌体和两个紧固螺钉，其中夹持体和搅拌体的轴心处于同一直线上，所述夹持体由同轴的上圆柱体和下圆柱体组成，上圆柱体的直径小于下圆柱体的直径，上圆柱体与下圆柱体制成一体，上圆柱体的外表面上设有焊具夹持面，轴心开有退料孔，下圆柱体的外表面上设有至少一个环形隔热槽，下圆柱体的轴心处设有放置搅拌体的夹持孔，退料孔与夹持孔相通，且夹持孔直径大于退料孔直径，下圆柱体上设有径向螺纹通孔，径向螺纹通孔位于环形隔热槽的上方，夹持孔将径向螺纹通孔分为两个径向螺纹通孔，下圆柱体的下端面为大直径轴肩，大直径轴肩设计为内凹型；

搅拌体设置在夹持孔中，搅拌体的上端面与夹持孔的底部靠严，搅拌体由搅拌针柄和搅拌针组成，搅拌针柄与搅拌针上下设置且制成一体，其中搅拌针柄上端两侧外表面上设有搅拌针夹持面，两侧搅拌针夹持面与两个径向螺纹通孔上下一一正对，搅拌针柄的下端面为小直径轴肩，小直径轴肩设计为内凹型，小直径轴肩的端面相对大直径轴肩的端面向外伸出有一定的伸出量D，搅拌针的外径表面设有右旋螺纹，搅拌针的下端面为凸面；

每个径向螺纹通孔中旋入一个紧固螺钉，紧固螺钉底端与搅拌针夹持面相接触。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本发明的焊具针对同种材料的焊接，控制大直径轴肩和小直径轴肩之间的相对距离(伸出量D)，利用小直径轴肩实现“单次焊接”成形，利用大轴肩实现溢出材料的二次碾压回填，从而实现无减薄搅拌摩擦焊。