[发明专利]一种静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具及搅拌摩擦焊接方法

说明书

本发明提供了一种静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具及搅拌摩擦焊接方法，涉及焊接设备领域。该静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具，其包括静轴肩和搅拌头，静轴肩具有中心孔，搅拌头的底部设置有搅拌针，静轴肩的轴线与搅拌针的轴线重合，搅拌针可旋转地设置于中心孔内；静轴肩的端面的至少一部分与搅拌头的轴线之间的夹角为钝角。该焊接工具能够保证在焊接过程中，既保证焊缝成形，又可避免搅拌头在非垂直扎入时承受额外弯矩，进而提高搅拌头使用寿命。而该焊接方法既可以利用倾斜的静轴肩对焊缝施加锻压力，保证焊缝良好成形，同时还可以避免搅拌针因倾斜而受到径向的弯矩，有效避免出现搅拌针发生弯曲变形的情况发生，整个焊接方法操作简单。

技术领域

本发明涉及焊接设备领域，具体而言，涉及一种静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具及搅拌摩擦焊接方法。

背景技术

搅拌摩擦焊作为一种绿色固相连接技术，具有焊接效率高，接头质量好等特点，被广泛应用于航空、航天、轨道列等领域。在焊接过程中，搅拌高速旋转插入待焊工件内部，并沿着工件对接面行走，在摩擦热和搅拌作用下，搅拌头附近的材料发生塑化现象，依靠材料塑性流动进行填充，从而完成焊接。

对于常规搅拌摩擦焊，通常轴肩与搅拌针为一体设置并且共同旋转，对设备扭矩输出要求较高，同时摩擦产热大，焊缝软化及减薄明显。为解决上述问题，静轴肩搅拌摩擦焊被开发。静轴肩搅拌摩擦焊轴肩与搅拌针为分体设置，焊接时搅拌针旋转而轴肩不旋转，因此可降低焊接扭矩和焊接热输入。

对于两个对接的待焊工件的搅拌摩擦焊，通常搅拌针轴线与轴肩面垂直，焊接时需要使搅拌头轴线与待焊工件表面法线呈一定倾角，即轴肩平面与待焊工件表面存在夹角，这样可使轴肩在焊接前进方向对焊缝施加锻压力，保证焊缝良好成形。但采用现有技术的焊接方法，容易导致搅拌针承受弯矩发生弯曲变形，或与静轴肩发生干涉，甚至弯曲断裂。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具，其能有效避免搅拌头在非垂直扎入时承受额外的弯矩，进而提高搅拌头的使用寿命。

本发明的目的在于提供一种搅拌摩擦焊接方法，在整个焊接过程中，搅拌头始终与待焊工件保持垂直，有效避免搅拌头在非垂直扎入时承受额外的弯矩，进而提高搅拌头的使用寿命。

本发明是这样实现的：

第一方面，实施例提供一种静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具，其包括静轴肩和搅拌头，所述静轴肩具有中心孔，所述搅拌头的底部设置有搅拌针，所述静轴肩的轴线与所述搅拌针的轴线重合，所述搅拌针可旋转地设置于所述中心孔内；所述静轴肩的端面的至少一部分与所述搅拌头的轴线之间的夹角为钝角。

在可选的实施方式中，所述静轴肩的端面包括前沿和后沿，所述后沿与所述搅拌头的轴线之间的夹角为钝角，所述前沿与所述搅拌头的轴线之间的夹角为直角或锐角。

在可选的实施方式中，所述后沿与所述搅拌头的轴线之间的夹角θ2＝90.5°-95°。

在可选的实施方式中，所述前沿与所述搅拌头的轴线之间的夹角θ1＝85°-90°。

在可选的实施方式中，所述前沿的最底端不低于所述后沿的最高端。

在可选的实施方式中，所述搅拌针可旋转地设置。

在可选的实施方式中，所述静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具还包括轴承和轴承套筒，所述搅拌头与所述轴承套筒通过所述轴承连接，所述静轴肩与所述轴承套筒固定连接。

在可选的实施方式中，所述静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具还包括轴承盖，所述轴承盖套设于所述搅拌头的外侧且盖设于所述轴承和所述轴承套筒的上表面，所述轴承盖与所述轴承套筒固定连接。