[实用新型]一种随焊填充式无匙孔搅拌摩擦焊接工具

说明书

技术领域

本实用新型涉及搅拌摩擦焊接技术领域，具体是涉及一种能够实现随焊材料填充的无匙孔搅拌摩擦焊接工具。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，具有焊接质量高，焊接变形小，无环境污染等诸多优势，特别适合于焊接铝合金、镁合金等低熔点金属。但该技术应用于实际生产时存在两个关键技术问题难以克服：1.由于实际工况的限制，被焊工件装卡不严格、焊接工具及工艺选择不当，导致焊接时塑性材料不足以填满搅拌针所形成的瞬时空腔，从而形成表面沟槽或内部孔洞缺陷。2.在焊接结束阶段，搅拌头的抽出会在焊缝尾部会留有一定尺寸的匙孔。以上两个问题将严重降低接头力学性能，不利于搅拌摩擦焊接头承载可靠性。

为了修补焊接缺陷或焊缝尾部匙孔，通常在焊后采用固相或熔化焊接的方法对缺陷或匙孔进行重新填补。例如，申请号为CN201610725054.3的中国实用新型专利申请，公开了一种在焊后采用与被焊材料等强填补塞头的方法对匙孔进行填补的方法，但该方法需要额外独立的的填补工序及专用塞头。专利号为CN201410679611.3的中国实用新型专利，提出焊后在缺陷位置采用摩擦塞棒对缺陷进行固相填补，但该方法工序及设备结构复杂，成本较高。申请号为CN201610624939.4的中国实用新型专利申请采用电子束焊接的方法对搅拌摩擦焊所产生的缺陷进行补焊，但该方法属于熔化焊方法，与搅拌摩擦焊形成的固相焊接组织不同，对接头力学性能不利，此外电子束焊接需要在真空环境下焊接，这限制了被焊工件的尺寸，同时增加成产成本。可见，以上方法均要在焊后采用专用设备对焊接缺陷或匙孔进行二次处理，增加了生产工序及成本，降低了生产效率。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种生产效率高，使用效果好，能够有效消除及避免焊接缺陷的产生及并对焊缝尾部匙孔进行连续填充的搅拌摩擦焊接工具。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型所述的随焊填充式无匙孔搅拌摩擦焊接工具，其特点是：包括轴肩、插接在轴肩的中心通孔内的搅拌针及插接在搅拌针的中心通孔内的压杆，所述轴肩、搅拌针和压杆均为回转体，其中所述轴肩的中心通孔直径与搅拌针的外径相同，所述搅拌针的中心通孔直径与压杆的直径相同，所述搅拌针的下端部开设有螺纹，并沿水平方向开设有至少一个水平通孔，所述搅拌针与压杆通过相对上下移动而使搅拌针的中心通孔内形成有供棒状填充材料放置的高度为H的空腔，所述棒状填充材料与搅拌针的中心通孔呈过盈配合连接，且所述棒状填充材料的上端面与压杆的下端面紧密接触，所述轴肩、搅拌针及压杆分别与焊机相连并在焊机的驱动下实现旋转及移动而对被焊板材进行焊接。

进一步地，为了使本实用新型具有最佳的使用效果，所述水平通孔只设置有一个。

进一步地，所述轴肩、搅拌针及压杆的旋向相同。而且，所述轴肩、搅拌针及压杆的转速相同。

进一步地，所述空腔的高度H≥(D₁²-D₂²)T/D₂²，其中D₁为搅拌针的外径，D₂为压杆的直径，T为被焊板材的厚度。

进一步地，所述搅拌针在焊接时向下扎入被焊板材的距离L=0.95T～0.99T，其中T为被焊板材的厚度。

本实用新型与现有技术相比，具有以下显著优点：

1、本实用新型在焊接过程中采用压杆下压的方式将搅拌针中心通孔内的填充材料随焊连续填入焊缝的拌区域，以弥补焊缝材料的不足，有效避免焊接缺陷或对焊接缺陷实现随焊填补，可拓宽焊接工艺区间，降低对被焊板材的装卡要求，提高焊接效率；

2、本实用新型焊前在搅拌针中心通孔内预装填充材料，可保证有足够的材料弥补焊接过程中塑性材料溢出所造成的材料损失；

3、本实用新型在搅拌针端部设计了水平通孔，可较好的实现对焊缝中上部缺陷的随焊填补，同时搅拌针竖直中心通孔的设计，可较好的实现对焊缝底部缺陷的随焊填补，从而实现对焊接缺陷全方位填充；

4、本实用新型不需要额外工序，在焊接过程中过对组合式焊接工具相对位置的控制，能够实现对缺陷及匙孔的连续填充，并可自动进行匙孔铣平，填补效果好，生产效率高；

5、本实用新型搅拌针的中心通孔设计可显著降低搅拌针扎入被焊板材时所承受的压力，降低搅拌针磨损，增加其使用寿命；