[发明专利]一种回填式搅拌摩擦点焊工具和回填式搅拌摩擦点焊方法

权利要求书

1.一种回填式搅拌摩擦点焊工具，用于对搭接的上板和下板进行焊接；其特征在于，其包括相互独立的回填工件和夯实工件，所述回填工件包括搅拌针、搅拌套和压紧环，所述搅拌套设于所述搅拌针的外侧，所述压紧环设于所述搅拌套的外侧，所述搅拌针能够相对于所述搅拌套旋转和上下移动，所述搅拌套能够相对于所述压紧环旋转和上下移动，所述搅拌套为上宽下窄的圆台形；所述夯实工件包括搅拌头，所述搅拌头包括相互连接的圆柱部和上宽下窄的圆台部，所述搅拌套的锥度等于所述圆台部的锥度。

2.根据权利要求1所述的回填式搅拌摩擦点焊工具，其特征在于，所述搅拌套具有第一上底圆直径Ds2、第一下底圆直径Ds1和第一锥台高度Ls；

所述搅拌头具有第二上底圆直径D1、距离第二下底圆高度为L的位置处的直径为D2；

其中，Ds2＝D2，L＝所述上板厚度的10％-15％。

3.根据权利要求1所述的回填式搅拌摩擦点焊工具，其特征在于，所述搅拌套的第一上底圆直径Ds2为10-20mm；优选为14-16mm；

优选地，所述搅拌套的第一下底圆直径Ds1为7-12mm；优选为8-10mm；

优选地，所述搅拌套的第一锥台高度Ls为10-20mm；优选为14-16mm。

4.根据权利要求1所述的回填式搅拌摩擦点焊工具，其特征在于，所述搅拌套的锥度等于(Ds2-Ds1)/Ls，所述锥度的取值范围为0.1-1；优选为0.3-0.5。

5.根据权利要求1所述的回填式搅拌摩擦点焊工具，其特征在于，所述搅拌头的第二上底圆直径D1大于所述搅拌头的距离第二下底圆高度为L的位置处的直径D2；

优选地，D1为15-30mm；优选为19-21mm；

优选地，D2＝Ds2，D2为10-20mm；优选为14-16mm；

优选地，所述搅拌针的直径Dp为4-8mm，优选为5-7mm。

6.根据权利要求1所述的回填式搅拌摩擦点焊工具，其特征在于，所述上板的厚度为1-15mm。

7.一种回填式搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，其是采用如权利要求1-6任一项所述的回填式搅拌摩擦点焊工具进行。

8.根据权利要求7所述的回填式搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，其包括下压阶段、回抽阶段、撤离阶段和夯实阶段；

所述下压阶段是旋转的所述搅拌针向上运动，旋转的所述搅拌套向下运动；

所述回抽阶段是旋转的所述搅拌针向下运动，旋转的所述搅拌套向上运动；当所述搅拌套回抽至距离所述上板厚度为8-12％的位置时停止向上回抽，所述搅拌针继续下压直至所述搅拌针的下表面与所述搅拌套的下表面保持在同一高度；

所述撤离阶段是撤离所述回填工件；

所述夯实阶段是利用所述夯实工件的所述搅拌头对形成的焊点进行向下挤压，挤压距离为所述上板厚度的10-15％；

优选地，所述回填式搅拌摩擦点焊方法还包括在所述下压阶段之前进行的预热阶段，在所述预热阶段中，所述搅拌针和所述搅拌套停留在所述上板的表面通过旋转进行摩擦产热。

9.根据权利要求8所述的回填式搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，在所述下压阶段中，所述搅拌套向下挤压材料的体积等于所述搅拌针回抽的空腔的体积；所述搅拌套的下压距离为所述下板的厚度为0.3-0.5倍；

优选地，所述搅拌套以VT1的速度下压，所述搅拌针以VZ1的速度回抽，其中，

VT1为0.8-1.2mm/s，优选为1mm/s；

VZ1满足：VZ1＝(1.25+0.12t0)×VT1；

式中，t0为从轴套下压开始计时的下压时间。

10.根据权利要求8所述的回填式搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，在所述回抽阶段中，所述搅拌针向下挤压材料的体积等于所述搅拌套回抽的空腔体积；

优选地，所述搅拌套以VT2的速度回抽，所述搅拌针以VZ2的速度下压，其中，VT2＝VT1，VT2为0.8-1.2mm/s，优选为1mm/s；

VZ2满足：VZ2＝VZ1(下压结束时刻搅拌针的运动速率)-0.12t1×VT2；

式中，t1为从轴套回抽开始计时的回抽时间。