[实用新型]一种组合式搅拌摩擦焊用搅拌头

说明书

本实用新型提供了一种组合式搅拌摩擦焊用搅拌头，包括硬质合金内芯和烧结固定在硬质合金内芯外部的聚晶立方氮化硼包覆层，聚晶立方氮化硼包覆层呈阶梯状，包括大径段和小径段，小径段形成搅拌针，大径段形成夹持柄且大径段的一侧端面形成轴肩。新结构增大了硬质合金与聚晶立方氮化硼之间的接触面积，有利于合金中的Co元素与CBN在界面形成BCo化合物，形成较高的结合强度，使聚晶立方氮化硼牢固包覆在硬质合金外部，避免搅拌头在高速旋转过程中脆性断裂或变形。本实用新型既利用了硬质合金优异的物理力学性能，同时又利用了聚晶立方氮化硼良好的化学惰性，形成了外部耐磨、内部具有韧性的组合式搅拌头，因此可以降低使用成本，提高搅拌头的使用寿命。

技术领域

本实用新型涉及搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种组合式搅拌摩擦焊用搅拌头。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种新型固态焊接技术，此种焊接方法热输入低，节能环保，残余应力小，焊接接头不易变形；搅拌头在焊接时快速搅拌，焊缝晶粒尺寸相对细小，接头性能好；且能实现机械化、自动化，安全可靠。搅拌头焊接过程中要承受较大的热载、力载及摩擦磨损，因而要求它在焊接条件下具有较高的强度、硬度、韧性和热稳定性。

申请公布号为CN111347153A的中国发明专利申请公开了一种搅拌摩擦焊用搅拌头，该搅拌头的搅拌针和轴肩均由立方氮化硼和金属粘接剂烧结制成，烧结成的PCBN（聚晶立方氮化硼）搅拌头的耐磨性较好，材料成本也相对较低，但其韧性较差，使用过程中易发生脆性断裂。

另外，申请公布号为CN108115263A的中国发明专利申请公开了一种搅拌摩擦焊用搅拌头及其制备方法，其搅拌头包括硬质合金轴肩以及焊接在硬质合金轴肩上的聚晶立方氮化硼搅拌针，对于硬质合金轴肩来说，虽然其韧性较比较好，但在使用过程中易发生氧化磨损、钴粘结剂的失效和轴肩变形，对于聚晶立方氮化硼搅拌针来说，虽然材料成本相对较低，但由于聚晶立方氮化硼韧性较差，与硬质合金轴肩焊接的部位以及搅拌针本身在使用过程中易发生脆性断裂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能降低使用成本、同时提高搅拌头使用寿命的组合式搅拌摩擦焊用搅拌头。

为实现上述目的，本实用新型中的组合式搅拌摩擦焊用搅拌头采用如下技术方案：

一种组合式搅拌摩擦焊用搅拌头，包括：

硬质合金内芯；

聚晶立方氮化硼包覆层，烧结固定在硬质合金内芯的外部；

其中，聚晶立方氮化硼包覆层呈阶梯状，包括大径段和小径段，小径段形成搅拌针，大径段形成夹持柄且大径段的一侧端面形成轴肩。

上述技术方案的有益效果在于：聚晶立方氮化硼包覆层呈阶梯状，包括大径段和小径段，小径段形成搅拌针，方便伸入工件的接缝中，大径段形成夹持柄且大径段的一侧端面形成轴肩，从而方便夹持，以及压在工件表面，与工件之间产生摩擦热，完成搅拌摩擦焊接过程。

而组合式搅拌头包括硬质合金内芯以及烧结固定在硬质合金内芯外部的聚晶立方氮化硼包覆层，这种结构增大了硬质合金与聚晶立方氮化硼之间接触面积，有利于合金中的Co元素与CBN在界面形成BCo化合物，形成较高的结合强度，使聚晶立方氮化硼牢固地包覆在硬质合金外部，避免搅拌头在高速旋转过程中脆性断裂或变形。

也就是说，本实用新型的组合式搅拌头采用硬质合金作为内芯，利用了硬质合金优异的物理力学性能，具有良好的高温抗弯强度，同时采用聚晶立方氮化硼作为包覆层，利用了聚晶立方氮化硼良好的化学惰性，与焊接材料不发生化学反应，从而形成了一种外部耐磨、内部具有韧性的组合式搅拌头，这种组合式搅拌头在耐磨性和强度上具备较好的综合性能，降低了使用成本，同时提高了搅拌头的使用寿命。

进一步的，为了方便制造，硬质合金内芯的两端分别与夹持柄的两端齐平。