[实用新型]一种异种材料搅拌摩擦焊接工具

说明书

本实用新型公开了一种异种材料搅拌摩擦焊接工具，包括依次连接的刀柄、轴肩部和搅拌针，所述搅拌针在其针尖的底部设有至少一组凸台，所述搅拌针呈圆台设置，所述搅拌针的直径由与轴肩部连接处到远离轴肩部方向逐渐减小。搅拌针底部连接有1组或多组凸台，单组以偏心的方式呈现，多组以围绕搅拌针轴线均布的方式呈现，保证下部材料的流动特性和发热量。解决异种材料（铝、钢；铝、有机复合材料等）搅拌摩擦焊接时材料的流动、温度特性差异问题，尤其适应上下异种材料的搭接焊。

技术领域

本实用新型公开了一种异种材料搅拌摩擦焊接工具，涉及搅拌摩擦焊特种焊接领域。

背景技术

目前在航天、航空、高铁等轨道交通生产领域有越来越多的涉及到搅拌摩擦焊接设备，搅拌摩擦焊技术属于一种固相连接技术，适用于铝合金、镁合金、钢的绿色焊接。铝镁合金、钢焊接的搅拌工具已得到相关领域人员的广泛研究与应用，但是异种材料（铝、钢；铝、有机复合材料等）的焊接，由于材料的流动、热特性差异，导致现有的工具和工艺难以达到很完美的焊接效果。

实用新型内容

本实用新型针对上述背景技术中的缺陷，提供一种异种材料搅拌摩擦焊接工具，适用于异种材料的焊接。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种异种材料搅拌摩擦焊接工具，包括依次连接的刀柄、轴肩部和搅拌针，其特征在于，所述搅拌针在其针尖的底部设有至少一组凸台，所述搅拌针呈圆台设置，所述搅拌针的直径由与轴肩部连接处到远离轴肩部方向逐渐减小；所述搅拌针的表面设置螺旋线，所述轴肩部底部设计回旋槽。

进一步的，所述螺旋线的回旋方向与刀柄旋转方向相反。

进一步的，所述回旋槽的回旋方向与刀柄旋转方向相反。

进一步的，所述凸台与搅拌针之间采用螺纹或过盈连接，所述搅拌针上开设螺纹孔或者过盈孔，凸台可拆卸更换。

进一步的，所述凸台选用合金材料，主要为耐磨合金（镍铬合金，高锰合金，镍钨合金）；所述凸台的表面进行涂层处理，涂层主要为AlCrN或AlTiSiN；可降低搅拌针的磨损，适应高熔点、高硬度的材料焊接。

进一步的，定义刀柄的直径为L₁，轴肩部的直径为L₂，搅拌针的的顶端直径为L₃，搅拌针的的底端直径为L₄，其中0.6L₂L₁0.8L₂ ，保证搅拌针刀柄的强度和轴肩摩擦生热量，0.75 L₃L₄0.85L₃，使得搅拌针呈锥字型，保证材料在焊接过程中向上的流动特性。

进一步的，定义凸台的直径为L₅，其中0.2 L₃L₅0.3L₃。

进一步的，定义凸台的高度为H₂，其中0.1 H₁ H₂0.2 H₁。

进一步的，定义定搅拌针的高度为H₁，其中L₃H₁L₄。

工作原理：轴肩部底部设计回旋槽，回旋方向与主轴旋转方向相反，使焊接过程中材料向中间聚拢；搅拌针设计有螺旋线槽，使焊接过程中材料由底层向上层流动。搅拌针底部连接1组或多组凸台，搅拌摩擦焊接时凸台改变底层材料的流动、温度场，使得下层材料在凸台离心搅拌作用下，向四周流动，并通过搅拌针的螺旋槽带向上层，达到异种材料充分混合的效果。