[发明专利]一种静轴肩填丝搅拌摩擦焊装置及角焊缝增材制造方法

权利要求书

1.一种静轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，包括设在装置主轴上的焊接系统和填丝系统，所述焊接系统包括同轴安装的静轴肩刀柄、静轴肩、搅拌针和轴承组件，所述静轴肩刀柄与所述主轴连接，所述静轴肩刀柄、静轴肩和轴承组件均具有中心通孔，所述轴承组件套设在所述静轴肩刀柄的外周，所述静轴肩设在所述静轴肩刀柄的底部，所述静轴肩的下端部为具有夹角为α的V型结构，所述搅拌针设在所述静轴肩刀柄与所述静轴肩之间的通孔中，所述搅拌针的端部伸向所述静轴肩的通孔外；所述填丝系统包括L型直角臂、填丝辊轮组件和填丝环座组件，所述L型直角臂设在所述静轴肩的一侧，与所述静轴肩留有间隙，所述填丝环座组件连接所述轴承组件与所述L型直角臂的竖向直角臂，所述填丝辊轮组件设在所述L型直角臂的横向直角臂上，所述填丝辊轮组件用于驱动焊丝靠近高速旋转的所述搅拌针。

2.根据权利要求1所述的静轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述静轴肩为上宽下窄的T型筒状结构，所述T型筒状结构的上端面通过轴肩连接座与所述轴承组件的底部连接，所述T型筒状结构的下端部设计为所述夹角为α的V型结构，所述V型结构包括平面轴肩和端部的弧形轴肩，所述V型结构的两侧V型面为与被焊接工件表面相接触的对称结构，所述V型结构的底端设有使所述搅拌针穿出的通孔。

3.根据权利要求1或2所述的静轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述静轴肩端部的所述V型结构的α夹角与焊缝夹角相匹配，所述横向直角臂与所述静轴肩之间的最小间隙为1~10mm。

4.根据权利要求1所述的静轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述静轴肩的通孔内壁与所述搅拌针之间留有0.1~0.5mm的间隙，所述静轴肩的侧面设有出料孔，用于将挤入所述静轴肩通孔内的焊接材料排出。

5.根据权利要求1或4所述的静轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述搅拌针通过平键与所述静轴肩刀柄的中心通孔内壁相连接，在所述搅拌针的中段设有一环形凸缘，在所述环形凸缘处设有辅助螺母，所述辅助螺母的内螺纹与所述静轴肩刀柄端部的外螺纹连接，使所述环形凸缘卡接在所述辅助螺母与所述静轴肩刀柄的端部之间。

6.权利要求1所述的静轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述填丝辊轮组件包括设在所述横向直角臂上的前辊轮组和后辊轮组，所述前辊轮组和所述后辊轮组均包括填丝辊轮、辊轮轴和隔套，所述填丝辊轮的轮缘表面设有滚花结构，所述填丝辊轮通过所述辊轮轴安装在所述横向直角臂上，所述隔套装在所述辊轮轴的安装外端。

7.根据权利要求6所述的静轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述横向直角臂的底部为V型圆角结构，所述V型圆角结构的底端开有凹槽，在所述横向直角臂的侧壁上开有辊轴安装孔，所述前辊轮组和后辊轮组的所述填丝辊轮均通过所述辊轮轴和相应的所述辊轴安装孔设在所述凹槽中，所述填丝辊轮的轮缘均低于所述横向直角臂的底面且高于所述静轴肩的底端面。

8.根据权利要求2所述的静轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述轴承组件包括轴承座、双列角接触球轴承和深沟球轴承，所述轴承座设在所述静轴肩刀柄外周，且所述双列角接触球轴承和所述深沟球轴承从上至下相应设在所述轴承座内，在所述双列角接触球轴承的下端面设有相应的第一轴承锁紧螺母，在所述深沟球轴承的下端面设有相应的第二轴承锁紧螺母，在所述轴承座的上端面安装有上端盖，在所述轴承座的下端面安装有下端盖，所述下端盖连接所述轴肩连接座。

9.根据权利要求8所述的静轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述填丝环座组件包括由螺钉连接的填丝半环上座和填丝半环下座，所述填丝半环上座和所述填丝半环下座通过螺纹副安装在所述轴承座的外周，所述L型直角臂的竖向直角臂通过螺钉与所述填丝半环上座连接。

10.一种角焊缝增材制造方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的静轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，所述方法包括：

将被焊零件A和被焊零件B按照焊接工艺要求呈α夹角摆放形成待焊的角焊缝结构；

将焊丝放置在所述角焊缝的夹角上，使所述焊丝与所述被焊零件A和所述被焊零件B均接触，将所述静轴肩的V型结构的V型面与两个被焊零件均贴合；

启动所述静轴肩填丝搅拌摩擦焊装置，所述填丝辊轮组件压紧所述焊丝，使所述搅拌摩擦焊的主轴驱动所述搅拌针高速运转，随后所述搅拌摩擦焊主轴沿着预定的焊接方向移动，所述焊丝在所述填丝辊轮组件的驱动下靠近高速旋转的搅拌针，在所述搅拌针的摩擦和搅拌作用下，所述焊丝与两个被焊零件的夹角底部进行搅拌摩擦焊连接，实现角焊缝处的增材制造。