[发明专利]一种自适应装配间隙的搅拌摩擦点焊工具和方法

权利要求书

1.一种自适应装配间隙的搅拌摩擦点焊工具，其特征在于，包括搅拌针(1)、搅拌套(2)和压紧环(3)；其中，搅拌针(1)位于搅拌套(2)内部，搅拌针(1)和搅拌套(2)的端面采用凸曲面结构，搅拌针(1)和搅拌套(2)的端面的交接区保持相同曲面特征；压紧环(3)套在搅拌套(2)外；

搅拌套(2)的端面为纯球面或中心为球面与外边缘为平台的组合或中心为球面与外边缘为过渡弧面的组合，搅拌套(2)的凸曲面理论顶点到轴肩的高度为H，H取值范围为0.3～2.2mm。

2.根据权利要求1所述的一种自适应装配间隙的搅拌摩擦点焊工具，其特征在于，搅拌针(1)的直径D₁为第一工件(4)厚度h的1.5～3倍。

3.根据权利要求2所述的一种自适应装配间隙的搅拌摩擦点焊工具，其特征在于，搅拌套(2)的内径D₂为搅拌针(1)的直径D₁的1.1～1.2倍，外径D₃为搅拌针(1)的直径D₁的2～3倍。

4.根据权利要求3所述的一种自适应装配间隙的搅拌摩擦点焊工具，其特征在于，压紧环(3)的内径D₄为直径D₁的2～3倍，外径D₅为直径D₁的3～4倍。

5.使用如权利要求1～4任一所述的点焊工具进行自适应装配间隙的搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将点焊工具的搅拌针(1)、搅拌套(2)和压紧环(3)端面与第一工件(4)形成接触但不施加预压力，定位接触零面为压紧环(3)与第一工件(4)的接触面E面；

步骤二：将点焊工具的搅拌针(1)、搅拌套(2)和压紧环(3)以0.2～0.5mm/s速度同步下压，将第一工件(4)和第二工件(5)压紧，记录下压位移W；

步骤三：保持压紧环(3)不动，使搅拌针(1)和搅拌套(2)开始旋转并与第二工件(5)摩擦接触，原位旋转停留2～3s后，控制搅拌套(2)以速度V₁向下先后扎入第一工件(4)和第二工件(5)；在搅拌套(2)下扎焊接的同时，旋转的搅拌针(1)以速度V₂向上回抽，实现塑性金属在回抽容腔内存贮；

步骤四：控制旋转的搅拌套(2)以速度V₃向上回撤，搅拌针(1)以速度V₄下压，将软化的塑性金属回填到搅拌区域，当搅拌套(2)的轴肩高于E面0～0.9H时，控制搅拌针(1)与搅拌套(2)的凸曲面理论线重合，同时使二者保持旋转且停止上下运动；

步骤五：控制搅拌套(2)与搅拌针(1)保持旋转，控制压紧环(3)以0.1～0.3mm/s的速度向上回撤，使第一工件(4)自由回弹，此时第一工件(4)和第二工件(5)的贴合面开始形成间隙；

步骤六：当压紧环(3)位置回到步骤一中设定的零位E面时，控制搅拌套(2)与搅拌针(1)同步停止旋转，保持竖向不动2～3s后，移走整个点焊工具，焊接全部完成。

6.根据权利要求5所述的自适应装配间隙的搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，步骤二中，要求W的值的取值范围为0～0.9H，否则报警提示。

7.根据权利要求6所述的自适应装配间隙的搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，步骤三中，速度V₁的取值范围为0.15～0.55mm/s，焊接下扎量Q为H与h之和的1.05～1.25倍。

8.根据权利要求7所述的自适应装配间隙的搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，步骤三中，速度V₂为V₁(D₃²-D₂²)/D₁²的0.8～1.0倍。

9.根据权利要求8所述的自适应装配间隙的搅拌摩擦点焊方法，其特征在于，步骤四中，速度V₄为V₃(D₃²-D₂²)/D₁²的0.8～1.1倍。