用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接工具領(lǐng)域，具體涉及一種用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭。
【背景技術(shù)】
[0002]異種金屬?gòu)?fù)合板作為一種在物理性能、力學(xué)性能以及連接性能等方面具有較大靈活性的材料，其應(yīng)用領(lǐng)域十分寬廣，但是在應(yīng)用異種金屬?gòu)?fù)合板成型時(shí)，其焊接方法會(huì)受到很大的局限。采用一般的熔化焊方法焊接復(fù)合板時(shí)，熱輸入的不均會(huì)導(dǎo)致一定的變形，同時(shí)會(huì)使得復(fù)合板結(jié)合面形成較大的金屬間化合物過(guò)渡層，從而影響異種金屬?gòu)?fù)合板的使用性倉(cāng)泛。
[0003]攪拌摩擦焊接方法是一種固態(tài)塑化連接技術(shù)，自問(wèn)世以來(lái)，攪拌摩擦焊在低熔點(diǎn)金屬，尤其是鋁合金的焊接領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。與其他焊接方法相比，攪拌摩擦焊接技術(shù)有下列特點(diǎn):不產(chǎn)生熔化焊接缺陷、焊接變形小、操作簡(jiǎn)單、適用于多種材料和接頭形式。攪拌摩擦焊具有許多熔化焊接方法無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，特別是它在焊接過(guò)程中焊縫金屬不熔化即可形成焊縫，其特定的金屬塑化溫度小于一般金屬的熔點(diǎn)，甚至小于一般的金屬間化合物形成溫度，能夠很好的控制焊縫熱影響區(qū)以及金屬間化合物的形成?，F(xiàn)在，很少采用攪拌摩擦焊加工異種金屬?gòu)?fù)合板。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利(103600167A)公開(kāi)了一種碳素鋼與不銹鋼復(fù)合板的焊接方法。該焊接方法即為利用攪拌摩擦焊對(duì)復(fù)合板進(jìn)行焊接，但是為了控制過(guò)渡層，在焊前需要對(duì)接頭進(jìn)行處理，需要將兩復(fù)合板對(duì)接邊的端面上加工出等腰三角形的坡口，對(duì)齊后對(duì)坡口內(nèi)進(jìn)行填絲，然后進(jìn)行攪拌摩擦焊。該發(fā)明的目的在于控制復(fù)合板過(guò)渡區(qū)的混合問(wèn)題，但是在實(shí)際焊接過(guò)程中，由于攪拌針的力的作用，很難保證坡口內(nèi)的預(yù)填焊絲不發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，所以其可控性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭，通過(guò)控制復(fù)合板基板與復(fù)板的塑化金屬流動(dòng)行為，實(shí)現(xiàn)結(jié)合面的層流流動(dòng)狀態(tài)，減少焊接接頭中復(fù)合板基板與復(fù)板之間的不同金屬原子間相互擴(kuò)散形成脆性相，實(shí)現(xiàn)復(fù)合板直接攪拌摩擦焊接成型，有效的解決了復(fù)合板上下結(jié)合面異種材料大量混合脆化甚至開(kāi)裂等難題，解決復(fù)合板焊接過(guò)渡區(qū)金屬的混合問(wèn)題，使得復(fù)合板焊接接頭滿足長(zhǎng)期使用要求。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭，包括
被配置用于固定在攪拌摩擦焊機(jī)主軸的夾持端；
與夾持端底部固連的軸肩；
與軸肩底部固連的攪拌針；
其中，所述攪拌針上設(shè)有至少一個(gè)環(huán)形凸起。
[0007]上述攪拌針上設(shè)有至少兩個(gè)環(huán)形凸起，所述兩個(gè)環(huán)形凸起間隔設(shè)置。
[0008]上述環(huán)形凸起與攪拌針的連接處為圓弧過(guò)渡。
[0009]上述軸肩與距離軸肩最近的環(huán)形凸起之間的攪拌針，其形狀自軸肩向環(huán)形凸起的方向?yàn)闈u縮型、漸擴(kuò)型或圓柱型。
[0010]上述軸肩與距離軸肩最近的環(huán)形凸起之間的攪拌針，其形狀自軸肩向環(huán)形凸起的方向?yàn)闈u縮型、漸擴(kuò)型或圓柱型。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):(1)攪拌針上的環(huán)形凸起能夠較好的控制復(fù)合板結(jié)合面處異種金屬只發(fā)生摩擦擠壓，減少金屬間化合物的形成；(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)雙層金屬?gòu)?fù)合板的攪拌摩擦焊的推廣與應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明的用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為現(xiàn)有技術(shù)攪拌頭的焊接原理示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明的用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭的焊接原理示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明實(shí)施例一的攪拌針示意圖。
[0016]圖5為本發(fā)明實(shí)施例二的攪拌針示意圖。
[0017]圖6為本發(fā)明實(shí)施例三的攪拌針示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]結(jié)合圖2，現(xiàn)有的攪拌摩擦焊焊接過(guò)程中其金屬的塑性流動(dòng)滿足一定的抽吸——擠壓理論，即在攪拌摩擦焊條件下，其一端為攪拌頭的軸肩，另一端為剛性的底板，焊接過(guò)程中攪拌針端部與底板間的距離保持不變，當(dāng)攪拌頭旋轉(zhuǎn)引起塑化金屬沿?cái)嚢栳槺砻孑S向流動(dòng)時(shí)，必存在一入口端和一個(gè)出口端。在入口端，有可能形成一瞬時(shí)空腔，周?chē)芑饘賹⒈晃虼丝涨唬纬伤^的抽吸效應(yīng)；在出口端，塑化金屬將改變流向并擠壓周邊金屬，形成所謂擠壓效應(yīng)；正是由于空腔對(duì)塑化金屬朝焊縫中心抽吸作用和擠壓作用，使高溫塑化金屬在攪拌針軸向形成劇烈的遷移運(yùn)動(dòng)。
[0020]結(jié)合圖3，本發(fā)明一種用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭的攪拌針3上設(shè)有環(huán)形凸起4，在攪拌摩擦焊焊接過(guò)程中，復(fù)合板的結(jié)合面位于環(huán)形凸起4直徑最大處，這相當(dāng)于在攪拌頭的軸肩2與墊板之間增加了隔斷，使攪拌頭的軸肩2與墊板之間的一個(gè)區(qū)域劃分為兩個(gè)區(qū)域，為塑性流動(dòng)金屬提供了兩個(gè)入口端與出口端，即為塑性金屬提供了兩個(gè)流動(dòng)空間，使其在焊接過(guò)程中形成兩個(gè)瞬時(shí)空腔，使基板與復(fù)板的塑化金屬形成各自的抽吸一擠壓空腔，并在基板與復(fù)板的結(jié)合面處，兩回旋空腔相擠壓成形完成連接。其特點(diǎn)在于攪拌針3的環(huán)形凸起4的存在使得焊接過(guò)程中形成兩個(gè)互不干擾的塑性金屬流動(dòng)遷移區(qū)域，并在結(jié)合面處相互摩擦擠壓完成連接，從而控制雙層金屬?gòu)?fù)合板結(jié)合面處異種金屬之間的混合，提高接頭的使用性能。同時(shí)，對(duì)于金屬?gòu)?fù)合板而言，其所用的攪拌頭上的環(huán)形凸起的個(gè)數(shù)與復(fù)合板結(jié)合界面?zhèn)€數(shù)相同。
[0021]實(shí)施例一結(jié)合圖1和圖4，一種用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭，包括夾持端1、軸肩2和攪拌針3，軸肩2 —端與夾持端I連接，另一端與攪拌針3連接，沿?cái)嚢栳?周向設(shè)有I個(gè)環(huán)形凸起4。軸肩2與環(huán)形凸起4之間的攪拌針3，其形狀自軸肩2向環(huán)形凸起4的方向?yàn)闈u擴(kuò)型，整個(gè)攪拌頭為一體制造。夾持端I的另一端固定在攪拌摩擦焊機(jī)主軸上。
[0022]上述環(huán)形凸起4與攪拌針3的連接處為圓弧過(guò)渡。
[0023]工作過(guò)程:以焊接雙層金屬?gòu)?fù)合板為例
首先對(duì)雙層金屬?gòu)?fù)合板進(jìn)行表面清理，然后移動(dòng)攪拌摩擦焊機(jī)，將攪拌頭與被焊板材焊縫進(jìn)行對(duì)齊并裝夾固定，使得軸肩2位于雙層金屬?gòu)?fù)合板的復(fù)板上。設(shè)定合適的焊接參數(shù)，攪拌針3的環(huán)形凸起4的直徑最大處位于雙層金屬?gòu)?fù)合板的交界面，再進(jìn)行焊接，直至焊接完成。
[0024]實(shí)施例二
結(jié)合圖5，一種用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭，包括夾持端1、軸肩2和攪拌針3，軸肩2 —端與夾持端I連接，另一端與攪拌針3連接，沿?cái)嚢栳?周向設(shè)有I個(gè)環(huán)形凸起4。軸肩2與環(huán)形凸起4之間的攪拌針3，其形狀自軸肩2向環(huán)形凸起4的方向?yàn)闈u縮型，整個(gè)攪拌頭為一體制造。夾持端I的另一端固定在攪拌摩擦焊機(jī)主軸上。
[0025]上述環(huán)形凸起4與攪拌針3的連接處為圓弧過(guò)渡。
[0026]工作過(guò)程:以焊接雙層金屬?gòu)?fù)合板為例
首先對(duì)雙層金屬?gòu)?fù)合板進(jìn)行表面清理，然后移動(dòng)攪拌摩擦焊機(jī)，將攪拌頭與被焊板材焊縫進(jìn)行對(duì)齊并裝夾固定，使得軸肩2位于雙層金屬?gòu)?fù)合板的復(fù)板上，設(shè)定合適的焊接參數(shù)，攪拌針3的環(huán)形凸起4的直徑最大處位于雙層金屬?gòu)?fù)合板的交界面，再進(jìn)行焊接，直至焊接完成。
[0027]實(shí)施例三
結(jié)合圖6，一種用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭，包括夾持端1、軸肩2和攪拌針3，軸肩2 —端與夾持端I焊接，另一端與攪拌針3焊接，沿?cái)嚢栳?周向設(shè)有2個(gè)環(huán)形凸起4。軸肩2與距離軸肩2最近的環(huán)形凸起4之間的攪拌針3形狀為圓柱型。夾持端I的另一端固定在攪拌摩擦焊機(jī)主軸上。
[0028]上述環(huán)形凸起4與攪拌針3的連接處為圓弧過(guò)渡。
[0029]工作過(guò)程:以焊接三層金屬?gòu)?fù)合板為例
首先對(duì)三層金屬?gòu)?fù)合板進(jìn)行表面清理，然后移動(dòng)攪拌摩擦焊機(jī)，將攪拌頭與被焊板材焊縫進(jìn)行對(duì)齊并裝夾固定，使得軸肩2位于三層金屬?gòu)?fù)合板的復(fù)板上，設(shè)定合適的焊接參數(shù)，攪拌針3的兩個(gè)環(huán)形凸起4的直徑最大處分別位于復(fù)合板的兩個(gè)結(jié)合交界面，再進(jìn)行焊接，直至焊接完成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭，其特征在于:包括 被配置用于固定在攪拌摩擦焊機(jī)主軸的夾持端(I); 與夾持端(I)底部固連的軸肩(2)； 與軸肩(2)底部固連的攪拌針(3)； 其中，所述攪拌針(3)上設(shè)有至少一個(gè)環(huán)形凸起(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭，其特征在于:上述攪拌針(3)上設(shè)有至少兩個(gè)環(huán)形凸起(4)，所述兩個(gè)環(huán)形凸起(4)間隔設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭，其特征在于:上述環(huán)形凸起(4)與攪拌針(3)的連接處為圓弧過(guò)渡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭，其特征在于:上述軸肩(2)與距離軸肩(2)最近的環(huán)形凸起(4)之間的攪拌針(3)，其形狀自軸肩(2)向環(huán)形凸起(4)的方向?yàn)闈u縮型、漸擴(kuò)型或圓柱型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭，其特征在于:上述軸肩(2)與距離軸肩(2)最近的環(huán)形凸起(4)之間的攪拌針(3)，其形狀自軸肩(2)向環(huán)形凸起(4)的方向?yàn)闈u縮型、漸擴(kuò)型或圓柱型。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于金屬?gòu)?fù)合板焊接的單軸肩攪拌頭，包括夾持端、軸肩、攪拌針以及攪拌針上的周向環(huán)形凸起，軸肩一端與夾持端連接，另一端與攪拌針連接，環(huán)形凸起與攪拌針的連接處為圓弧過(guò)渡，焊接過(guò)程中，將環(huán)形凸起的最大直徑處至于金屬?gòu)?fù)合板的結(jié)合界面處，此時(shí)進(jìn)行攪拌摩擦焊，能夠很好的控制該結(jié)合面處的熱輸入量以及金屬流動(dòng)，使得金屬?gòu)?fù)合板的上、下異種金屬流動(dòng)至結(jié)合面處時(shí)發(fā)生回流且控制塑性流動(dòng)金屬之間的流動(dòng)紊亂程度，形成良好的焊接結(jié)合面，從而控制結(jié)合面處異種金屬間化合物的產(chǎn)生，解決了復(fù)合板焊接時(shí)結(jié)合面處金屬間化合物過(guò)渡層的控制問(wèn)題，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工工藝性好，生產(chǎn)成本低，焊接效率高。
【IPC分類(lèi)】B23K20-12, B23K101-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104625394
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510075188
【發(fā)明人】周琦, 王克鴻, 陶娟, 朱軍, 彭勇, 夏浩, 周紅云, 孫宏宇, 蔡雅君
【申請(qǐng)人】江蘇爍石焊接科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年2月12日