[发明专利]一种加热式回填搅拌摩擦焊工具

说明书

本发明涉及一种加热式回填搅拌摩擦焊工具，其包括机头、搅拌针、轴肩、衬套和加热套环；搅拌针、轴肩、衬套安装于机头上；搅拌针、轴肩与机头转动连接，衬套与机头固定连接，加热套环套接于衬套外壁上。本发明通过设置加热套环能对衬套进行加热，在焊接前会对被焊材料的焊点位置预先进行加热，升高了该位置处的温度；这样减小了材料上的残余应力，减少了冷裂纹的产生；同时该位置得到了软化，降低了搅拌针和轴肩受到的垂直顶锻力，保护了焊接工具。

技术领域

本发明涉及回填式搅拌摩擦焊工具，特别涉及一种加热式回填搅拌摩擦焊工具。

背景技术

搅拌摩擦点焊(Friction Stir Spot Welding，FSSW)是在“线性”搅拌摩擦焊接基础上，新近研究开发的一种创新的焊接技术。FSSW可以形成点焊的搭接接头，其焊缝外观与通常应用于铝合金构件的电阻点焊类似，因而具有很高的应用价值和研究意义。

回填式焊接方法是通过控制搅拌头各部件间的相对运动实现接头的焊接。搅拌头主要由搅拌针、轴肩以及最外层的衬套三部分组成，在焊接过程中搅拌针和轴肩相对运动产生空腔，塑性材料被融合和搅动，并填入到空腔内，由于搅拌针与轴肩的相对运动，塑性材料又被重新填到焊接区域，在这一过程中完成被焊材料在该点处的焊接。

如专利申请号为201710099857.7的中国发明专利申请公开了一种填丝回填式搅拌摩擦点焊方法及工具，其焊接工具包括搅拌针、可活动地套接在搅拌针上的搅拌套（轴肩）及可活动地套接在搅拌套（轴肩）上的压紧套（衬套）；所述压紧套（衬套）的底部侧壁上开设有送丝孔，所述搅拌针和搅拌套（轴肩）可相对压紧套（衬套）同时向上回抽一定的距离而在压紧套（衬套）的底部形成有供从送丝孔送入的填充材料放置的空间。该发明通过在压紧套（衬套）上开孔进行填丝，调整搅拌针与搅拌套（轴肩）的回抽空间，实现填丝焊接，弥补焊接过程中的材料流失，从而消除了搅拌摩擦点焊接头的表面凹坑和环形沟槽，有效提高了接头的力学性能及美观性。

上述发明专利申请中公开的回填式搅拌摩擦点焊工具，在使用中需要频繁的对单个点位置进行焊接，在这个过程中，当被焊材料的温度较低时，材料上存在较大的残余应力，焊接后焊缝容易出现冷裂纹；同时搅拌针和轴肩会受到较大的垂直顶锻力，容易产生变形，进而容易导致轴肩和衬套磨损严重，降低了焊接工具的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加热式回填搅拌摩擦焊工具，它通过设置加热部件能对衬套进行加热，在焊接前会对被焊材料的焊点位置预先进行加热，升高了该位置处的温度；这样减小了材料上的残余应力，减少了冷裂纹的产生；同时该位置得到了软化，降低了搅拌针和轴肩受到的垂直顶锻力，保护了焊接工具。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种加热式回填搅拌摩擦焊工具，包括机头、搅拌针、轴肩和衬套，搅拌针、轴肩、衬套安装于机头上；搅拌针、轴肩与机头转动连接，衬套与机头固定连接，还包括加热套环，加热套环套接于衬套外壁上。

通过采用上述技术方案，在使用时，加热套环对衬套进行加热，使衬套具备一定的温度；在点焊时，衬套接触被焊材料，在1.5-3秒的时间内对该区域进行加热，使材料软化，然后再由搅拌针、轴肩配合对该点位进行焊接。相比现有技术，当材料温度较低时，可以预先对材料的焊点位置进行加热软化，降低材料上的残余应力，这样在焊接后可以减少冷裂纹的产生；同时焊点位置得到了软化，降低了搅拌针和轴肩受到的垂直顶锻力，保护了焊接工具。

对衬套加热，然后再利用衬套的热量来加热焊点区域存在较为明显的优势；一方面衬套的高温不会影响搅拌针、轴肩，使其两者具备可靠的机械强度能较为可靠的完成焊接；另一方面衬套的管状结构使其能在焊点区域上形成一个圆形的加热区，热量会集中在其内部，不易流失，加热效率较高。

本发明进一步设置为：加热套环为电磁感应加热器。