[实用新型]一种无倾角无减薄搅拌摩擦焊具及焊接设备

说明书

本实用新型涉及搅拌摩擦焊接技术领域，具体涉及一种无倾角无减薄搅拌摩擦焊具及焊接设备。其焊具的搅拌头端部具有外凸轴肩和搅拌针，搅拌针与所述外凸轴肩的轴心重合；外凸轴肩表面设有至少两条螺旋凹槽，螺旋凹槽环绕所述搅拌针圆周向设置；并且，螺旋凹槽具有一定的深度，使其在焊接过程中，螺旋凹槽的总体积大于所述外凸轴肩扎入待焊材料的体积。通过轴肩外凸焊具的设计，并且在凸起的轴肩上设计具有一定深度的螺旋槽，可以实现无倾角焊接。同时将轴肩表面的内凹槽设计存储材料体积大于轴肩下压后挤压材料体积，使得轴肩凹槽具有较大的深度，保证焊接材料聚拢在轴肩内部，使材料不溢出焊缝，进而保证在焊接过程中焊缝无减薄。

技术领域

本实用新型涉及搅拌摩擦焊接的技术领域，具体涉及一种无倾角无减薄搅拌摩擦焊具及焊接设备。

背景技术

目前搅拌摩擦焊接中采用的搅拌头轴肩通常为内凹结构，在焊接过程中具有聚拢材料的作用，但是在焊接过程中搅拌头通常需要设置一个倾角，避免缺陷的产生，但为了实现在焊接中进行倾角的调节，焊接设备需要多出一个轴。为了保证焊接质量，搅拌倾角的调节方向需要和焊接方向在同一平面内，因此复杂结构焊接时，需要不断调节倾角方向，使得焊接程序格外复杂，操作难度极大。另外，由于倾角的存在，搅拌头的下压作用会使焊缝产生一定减薄量。

为解决上述问题，中国专利CN108031967A公开了一种无倾角搅拌摩擦焊的顶锻力自补偿搅拌工具及焊接方法，其将轴肩外圆环设置为平面且开设有阿基米德螺旋槽和倒角，有利于焊缝表面材料向轴肩中心区域聚拢，可以在一定程度上减少飞边；但是在上述方案中，其轴肩外圆为平面结构，无倾角焊接时，搅拌头前沿常出现“铲”材料问题，即焊接过程中，材料不断堆积在搅拌头前进方向前沿，进而造成材料破损，同样会在焊接过程中产生减薄量。

另外，中国专利CN109365991B公开了一种实现焊缝增厚的搅拌摩擦焊接装置及其方法，其搅拌工具模块的轴肩端面设置为外凸球面，外凸尺寸为0.2mm～0.5mm，外凸球面上加工螺旋沟槽结构，在下扎过程中，搅拌工具扎入工件所排出的材料被轴肩上的螺旋沟槽收集，在搅拌工具的作用下均匀分布于整条焊缝表面。但是该专利方案中，其沟槽的深度比较浅，因此，在下压过程中轴肩内部储存材料量小于轴肩下压挤压出的材料量，同样会存在焊缝减薄的问题。

因此，现有技术中的无倾角搅拌摩擦焊技术中，都会存在一定程度的焊缝减薄的问题。

实用新型内容

为解决现有的无倾角搅拌摩擦焊技术中存在的焊缝减薄问题，本实用新型提出一种无倾角无减薄搅拌摩擦焊具及焊接设备，保证轴肩下压材料不溢出焊缝，实现无减薄焊接。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种无倾角无减薄搅拌摩擦焊具，包括搅拌头，所述搅拌头端部具有外凸轴肩和搅拌针，所述搅拌针与所述外凸轴肩的轴心重合；

其中，所述外凸轴肩表面设有至少两条螺旋凹槽，所述螺旋凹槽环绕所述搅拌针圆周向设置；且，螺旋凹槽在焊接过程中，所述螺旋凹槽的总体积大于所述外凸轴肩扎入待焊材料的体积。

上述无倾角无减薄搅拌摩擦焊具中，所述螺旋凹槽所述螺旋凹槽的首端临靠搅拌针根部，末端延伸至外凸轴肩边沿，且螺旋凹槽呈开放状态。

上述无倾角无减薄搅拌摩擦焊具中，所述螺旋凹槽为截面为圆弧状的凹槽；该螺旋凹槽的截面圆弧半径r满足以下条件：

式中，R为轴肩外凸圆弧半径，h为外凸轴肩扎入深度，θ为螺旋凹槽截面圆弧的圆心角弧度，l为螺旋凹槽的长度，n为螺旋凹槽的条数。

可选择地，上述无倾角无减薄搅拌摩擦焊具中，所述螺旋凹槽是截面为矩形的凹槽；该螺旋凹槽的深度b满足以下条件：