[发明专利]一种可变角度角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置与方法

说明书

本发明为一种可变角度角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，包括：静止轴肩搅拌头以及配套的可以改变角焊缝角度的固定待焊工件的平台。静止轴肩搅拌头包括搅拌针、静止轴肩、刚性连接装置以及密封叠环，其中，静止轴肩通过刚性固定与搅拌摩擦焊机主轴连接，搅拌针与静止轴肩之间设有不锈钢密封叠环，用于阻止焊接过程中铝合金挤入静止轴肩与搅拌针的间隙；固定待焊工件的平台包括支撑铝合金板材的垫板，改变倾斜角度的半圆形滑块，固定滑块的压板，支撑滑块的底座以及带有T型槽的工作台。针对不同厚度不同角度的角焊缝，只需要调节静止轴肩和垫板的角度就可以进行焊接，避免了焊接不同角度的角焊缝时更换固定待焊工件的平台的时间与花费。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊的方法和装置，尤其涉及一种可变角度角接焊缝的静止轴肩搅拌摩擦焊接的方法和装置。

背景技术

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)是1991年由英国焊接研究所发明(US5460317)的一种固相连接技术，特别适用于铝等低熔点合金的焊接。搅拌摩擦焊接利用轴肩以及搅拌针与工件摩擦产生的摩擦热使焊接接头附近的材料达到塑性状态，材料流动性增加，当搅拌头向前移动时，塑性化的材料在轴肩的挤压和搅拌针的搅拌作用下，被移动到搅拌头的后方，冷却形成焊接接头，焊接过程中材料未融化，最高温度约为被焊材料熔点的80％。与熔焊、钎焊、铆接等连接方法相比，该技术具有热输入低、变形小、清洁无污染、焊缝强度较高等诸多优点，已被广泛用于航空航天、轨道交通、船舶、汽车、电力电子、兵器制造、建筑、电气等行业。随着技术的进步和配套设施的逐步完善，搅拌摩擦焊的研究和应用正进入快速发展阶段。

FSW技术在铝合金结构制造领域取得的巨大成功，使得人们期望其应用于各种焊接接头形式及金属材料的连接。但目前大多数FSW技术的工业应用主要局限于简单对接接头形式，在应用于飞行器机身、船舶甲板、汽车和列车车身等结构制造中大量使用的T形接头、角焊缝及箱形结构时，受搅拌工具轴肩的限制，FSW技术很难应用于这些结构制造；在将FSW技术推广应用于焊接低热传导材料如钛合金时，由于搅拌工具轴肩与被焊表面的摩擦加热作用(产生70％～80％大部分热量)，使得焊缝表面过热及沿板厚温度明显不均匀，从而导致很难获得无缺陷的焊接接头。

为克服传统FSW技术的局限性，在传统FSW基础上将轴肩与搅拌针分离，开发出静止轴肩搅拌摩擦焊(Stationary Shoulder Friction Stir Welding,SSFSW)技术；它不仅能有效实现低热传导材料如钛合金等的焊接，而且在铝合金角焊缝及T形焊接接头的制造中具有明显的优势。本发明针对不同角度的角焊缝，开发出可调节式静止轴肩以及可变角度的固定待焊工件的平台，只需要调节不同角度的静止轴肩和垫板，并调整滑块的角度就可以进行角接焊缝和T型接头焊接，避免了焊接不同角度的角焊缝时更换固定待焊工件的平台的时间与花费。

发明内容

本发明设计一种可变角度的角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，本发明的目的在于提供一种结构可靠，操作简便，使用效果好，可以方便实现90°至150°角接接头焊接的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置。

实现本发明的技术方案为：

一种可变角度角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，该装置包括静止轴肩搅拌头以及固定待焊工件的平台；静止轴肩搅拌头包括：搅拌针、静止轴肩、第一刚性连接装置、第二刚性连接装置以及密封叠环；固定待焊工件的平台包括：支撑铝合金板材的垫板、改变倾斜角度的半圆形滑块，固定滑块的压板、支撑滑块的底座以及带有T型槽的工作台；

其中，第一刚性连接装置通过双头螺丝、螺母固定在搅拌摩擦焊机头上；将搅拌针固定在搅拌摩擦焊机主轴的刀柄上；密封叠环安装在静止轴肩的密封槽中，再将静止轴肩插入第二刚性连接装置，随后紧定螺丝拧进第二刚性连接装置的两个紧定螺纹孔，压入对应静止轴肩的两个定位孔，将静止轴肩固定；第二刚性连接装置通过内六角螺丝连接在第一刚性连接装置上使搅拌针依次穿过第二刚性连接装置、静止轴肩。