[发明专利]一种消除搅拌摩擦焊匙孔的搅拌头

说明书

本发明是一种消除搅拌摩擦焊匙孔的搅拌头，包括夹持装置、弹簧、锥形反射面、连接件、定位键、轴肩、顶针、搅拌针和激光测距仪。本发明可消除传统搅拌摩擦焊中匙孔，同时保持了搅拌摩擦焊技术本身所具有的高质量、高效、低成本、低变形、易于自动化、无需保护气、低能耗、对环境无污染等诸多优点，是名副其实的“绿色”补焊新方法，对提高搅拌摩擦焊焊接质量具有重要意义。

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，具体的说是涉及一种消除搅拌摩擦焊匙孔的搅拌头。

背景技术

搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding, FSW）是由英国焊接研究所（The WeldingInstitute, TWI）于1991 年提出的新型固相连接技术，和传统的熔焊相比，搅拌摩擦焊具有以下优点：（1）接头质量高，不易产生气孔、裂纹等缺陷；（2）焊接成本较低，无需填充材料和保护气体，厚焊接件无需加工坡口；（3）焊接过程安全，无污染、飞溅、烟尘、噪声等，且没有严重的电磁干扰和有害物质产生，是一种环保型连接方法；（4）焊接过程中焊件被刚性固定，且固相焊时加热温度较低，焊件不易变形；（5）便于机械化、自动化操作，质量较稳定，重复性高。因此，搅拌摩擦焊接尤其对于高强铝合金的焊接具有无可比拟的优势。

焊接过程结束时会在焊缝末端留下匙孔，匙孔的存在不仅影响焊缝表面的美观性，而且也会在一定程度上降低焊缝的力学性能，因此在工程应用过程中对匙孔进行修复是非常必要的。

在对某些结构进行搅拌摩擦焊时，可在起焊和收焊的位置设置起焊板和引出板，使匙孔不留在工件上；或是在产品零件的开口处引出搅拌摩擦焊的收焊匙孔，如在舱体上的口框处引出匙孔，而后加工去除；但该方法一方面造成了材料的大量浪费，另一方面对于回转结构的环缝焊接等情况不适用，对于薄板的搅拌摩擦焊，可采用无针式搅拌头进行焊接，焊接过程中仅依靠旋转的轴肩与焊件表面金属间的相互作用产生大量的摩擦热，促进内部金属的流动与混合，从而形成固相连接接头，此法由于无搅拌针的搅拌作用，对轴肩的截面形貌要求较高，搅拌摩擦焊过程中虽然不产生匙孔，但其适用的结构具有较大局限性，同时因搅拌头与母材之间的摩擦及搅拌作用减弱，接头的力学性能大大降低，另有采用搅拌针回抽技术来消除搅拌摩擦焊接时的匙孔，但搅拌针回抽设备较为复杂，对搅拌针性能要求较高，不适用于高转速搅拌摩擦焊接。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种消除搅拌摩擦焊匙孔的搅拌头，解决高转速搅拌摩擦焊匙孔消除问题，旨在实现无匙孔搅拌摩擦焊和搅拌摩擦焊缝缺陷的准等强修复。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种消除搅拌摩擦焊匙孔的搅拌头，包括夹持装置、弹簧、锥形反射面、连接件、定位键、轴肩、顶针、搅拌针和激光测距仪，

夹持装置包括弹簧定位槽、定位孔、顶针螺孔，定位孔直径略大于定位键，顶针螺孔孔径与顶针的孔径相同；

弹簧的直径与弹簧定位槽的直径相同，弹簧的内径略大于连接件上端的外径，弹簧位于连接件与夹持装置之间并且卡在夹持装置的弹簧定位槽内，

连接件包括连接件中心通孔、对称连接孔，连接件中心通孔的直径略大于夹持装置底部的直径；

锥形反射面包括反射面中心通孔、连接螺孔；反射面中心通孔的直径略大于弹簧的外径，连接螺孔位置与连接件的对称连接孔相对应，连接螺孔与对称连接孔的直径相同；

轴肩包括轴肩中心孔、轴肩定位槽、轴肩螺纹孔和搅拌针槽，轴肩中心孔的直径与连接件中心通孔的直径相同，轴肩螺纹孔与对称连接孔的位置相对应，通过螺钉与连接件紧密固定在一起；

定位键的直径略小于夹持装置的定位孔的直径，定位键的长度略小于轴肩定位槽的直径；

在施焊过程中，由轴向向下施加压力，使弹簧压紧，从而顶针将搅拌针顶出，填充入匙孔，实现匙孔的消除。