[发明专利]一种实现大深宽比低阻抗焊接的搅拌摩擦焊焊具

说明书

本发明提出了一种实现大深宽比低阻抗焊接的搅拌摩擦焊焊具，属于搅拌摩擦焊接技术领域。所述搅拌摩擦焊焊具包括夹持柄、搅拌体、定位螺钉和两个紧固螺钉；所述夹持柄包括上夹持体和下夹持体；在所述上夹持体的轴心位置上设有轴心通孔，在所述下夹持体径向方向上的内部设有两个对称的夹持螺纹孔；所述搅拌体固定安装于轴心通孔内，所述沿所述搅拌体周向设置对称的两个搅拌体周向平面用于紧固夹持；所述搅拌体的上下两端均设有轴肩和搅拌针。所述搅拌摩擦焊焊具具有实现特殊型材结构下单次大深宽比高质量焊接的能力，同时显著降低热输入、促进被焊材料流动，提高接头力学性能。

技术领域

本发明涉及一种实现大深宽比低阻抗焊接的搅拌摩擦焊焊具，属于搅拌摩擦焊接技术领域。

背景技术

搅拌摩擦焊Friction Stir Welding是1991年在英国焊接研究所TWI发明的一种新型固相焊接方法，克服了传统熔焊过程中易产生的裂纹和气孔等焊接缺陷问题，使难于熔焊的部分材料实现了可靠的优质焊接，其工作基本原理是用一个具有轴肩或带有搅拌针的焊具进行高速旋转，工具与工件之间产生大量的摩擦热和塑性变形热，使工件材料局部塑化，当焊具沿着焊接界面向前移动时，塑化材料在焊具的作用下用前部移向后部，并在焊具的挤压作用下形成致密的固相焊缝。

然而，传统意义上适用于铝合金搅拌摩擦焊的搅拌针长与轴肩直径比例大约为0.33，该传统尺寸比例显然难以实现窄可焊空间下的单次大深宽比焊接成形。如果采用双面焊二次成形，由于两次焊接带来较高热输入，焊缝热影响区宽度显著增加，进一步弱化接头性能，难以实现该结构的高强度可靠焊接。针对上述问题，本发明设计一种能实现单次大深宽比低阻抗焊接以降低时间、经济成本，提高接头力学性能的搅拌摩擦焊焊具是非常有必要的。通过该焊具的独特设计，实现大深宽比低阻抗搅拌摩擦焊接。

发明内容

本发明的目的是解决现有搅拌摩擦焊过程中特殊型材结构下单次大深宽比高质量焊接需求，同时降低热输入以提高接头力学性能，提出一种能实现大深宽比低阻抗焊接的搅拌摩擦焊焊具，所采取的技术方案如下。

一种实现大深宽比低阻抗焊接的搅拌摩擦焊焊具，所述搅拌摩擦焊焊具包括夹持柄1、搅拌体2、定位螺钉3和两个紧固螺钉4；

所述夹持柄1包括上夹持体1-1和下夹持体1-2；所述上夹持体1-1和下夹持体1-2均为空心圆柱体结构并制为一体，其中，所述安装体1-1的直径小于下夹持体1-2的直径；上安装体1-1外表面上设有焊具安装面1-1-1和轴心开螺纹孔1-1-2；下夹持体1-2的外表面上设置有至少一个散热环槽1-2-1，并且，在所述下夹持体1-2的轴心位置上设有轴心通孔1-2-2，在所述下夹持体1-2径向方向上的内部设有两个对称的夹持螺纹孔1-2-3；

所述搅拌体2固定安装于轴心通孔1-2-2内，所述沿所述搅拌体2周向设置对称的两个搅拌体周向平面2-1用于紧固夹持；所述搅拌体2的上下两端均设有轴肩2-2和搅拌针2-3；其中，上安装体螺纹孔直径1-1-2大于下夹持体通孔直径1-2-2，用于放置紧固螺钉4以夹持安装于下夹持体通孔1-2-2中的搅拌体2；

所述定位螺钉3安装于轴心开螺纹孔1-1-2中，所述定位螺钉3的下端与搅拌体2的上端紧密接触，以实现搅拌体2与夹持柄1的精确相对定位；

所述两个紧固螺钉4分别设置于夹持螺纹孔1-2-3中，所述紧固螺钉4的底端与搅拌体周向平面2-1相接触以紧固装夹。

进一步地，所述轴肩2-2采用内凹型结构，所述搅拌针2-3采用锥形结构，所述搅拌针2-3的下表面2-3-1为平面。

进一步地，大深宽比低阻抗搅拌摩擦焊焊具设计，所述搅拌针2-3的长度与所述轴肩2-2的直径比值远大于传统搅拌摩擦焊焊具结构，二者关系定义为：

L≥0.08d²

其中，L为搅拌针2-3的长度，d为轴肩2-2的直径。