一種自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭，包括移動(dòng)壓板和攪拌頭，所述移動(dòng)壓板與攪拌頭通過固定桿連接，所述攪拌頭內(nèi)設(shè)有填充孔，填充孔內(nèi)設(shè)有填充棒，填充孔末端設(shè)有限制填充棒移動(dòng)的限位凸臺(tái)，在移動(dòng)壓板上設(shè)有將推進(jìn)填充棒移動(dòng)的推進(jìn)裝置。本發(fā)明的一種自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭，焊接時(shí)攪拌頭下壓至焊接位置，軸肩與工件摩擦，產(chǎn)生的熱量使填充孔中填充棒的下端部軟化，在彈簧壓力的強(qiáng)迫作用下，軟化后的填充材料進(jìn)入到焊縫中，從而達(dá)到彌補(bǔ)焊接過程中材料的損失的目的，繼而提高焊縫強(qiáng)度。
【專利說明】
一種自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭，屬于焊接領(lǐng)域。【背景技術(shù)】
[0002]自英國焊接研究所(TWI)于1991年發(fā)明了攪拌摩擦焊接方法以來，這項(xiàng)技術(shù)因其焊接變形小、殘余應(yīng)力小，無需保護(hù)氣體和填充材料，可消除氣孔、夾雜、裂紋等焊接缺陷， 以及不產(chǎn)生弧光、煙塵、噪音污染等，同時(shí)能顯著降低成本、節(jié)省材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、減輕飛行器的結(jié)構(gòu)重量等特點(diǎn)受到各國科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注。由于這項(xiàng)技術(shù)具有很多其他方法所不具備的顯著特點(diǎn)，它很快就被用于航天領(lǐng)域，新一代運(yùn)載火箭芯級(jí)貯箱筒段縱縫的焊接就是選用這種方法。盡管利用攪拌摩擦焊接方法可以獲得高質(zhì)量的焊接接頭，但是在工程實(shí)際操作中，經(jīng)常會(huì)有焊縫缺陷以及焊縫尾部出現(xiàn)“匙孔”。工程上用來解決攪拌摩擦焊縫“匙孔” 和焊縫缺陷的方法主要有:熔焊和摩擦塞焊。熔焊一般選用鎢極氬弧焊填絲的方式來實(shí)現(xiàn)， 摩擦塞焊實(shí)際上是耗材摩擦焊接，工具為旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的塞棒，摩擦使具有缺陷的焊縫和塞棒處于塑性狀態(tài)，塞棒急停并對其施加頂鍛力，形成焊縫。如專利(申請?zhí)? CN200910308559.X)所描述，但是這種方法與常規(guī)攪拌摩擦焊原理相差較多，且需要焊前準(zhǔn)備工作繁瑣、難以保證焊縫前后強(qiáng)度一致性，難于在普通攪拌摩擦焊設(shè)備上實(shí)現(xiàn)，同時(shí)這種方法也失去了攪拌摩擦焊接的表面光潔、攪拌頭可重復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn)。因此設(shè)計(jì)出一種既具備傳統(tǒng)攪拌摩擦頭焊接功能、又能最大程度地避免焊縫隧道缺陷的攪拌頭，成為了一個(gè)新的重要任務(wù)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭，焊接時(shí)攪拌頭下壓至焊接位置，軸肩與工件摩擦，產(chǎn)生的熱量使填充孔中填充棒的下端部軟化，在彈簧壓力的強(qiáng)迫作用下，軟化后的填充材料進(jìn)入到焊縫中，從而達(dá)到彌補(bǔ)焊接過程中材料的損失的目的，繼而提高焊縫強(qiáng)度。
[0004]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭，包括移動(dòng)壓板和攪拌頭，所述移動(dòng)壓板與攪拌頭通過固定桿連接，所述攪拌頭內(nèi)設(shè)有填充孔，填充孔內(nèi)設(shè)有填充棒，填充孔末端設(shè)有限制填充棒移動(dòng)的限位凸臺(tái)，在移動(dòng)壓板上設(shè)有將推進(jìn)填充棒移動(dòng)的推進(jìn)裝置。
[0005]作為優(yōu)選，所述推進(jìn)裝置包含導(dǎo)桿和彈簧，導(dǎo)桿一端與移動(dòng)壓板連接，另一端插入填充孔內(nèi)，在導(dǎo)桿上套有推動(dòng)填充棒移動(dòng)的彈簧。
[0006]作為優(yōu)選，所述彈簧與填充棒之間設(shè)有T型頂塞。
[0007]作為優(yōu)選，所述填充棒完全消耗完之后，彈簧的總壓縮力不小于3kg。
[0008]作為優(yōu)選，所述固定桿的頭部設(shè)有螺紋，移動(dòng)壓板通過鎖緊螺母固定在固定桿上。
[0009]作為優(yōu)選，所述固定桿通過螺紋與攪拌頭連接。
[0010]作為優(yōu)選，所述填充棒與被焊接工件的材質(zhì)相同。[0011 ]在本發(fā)明中，移動(dòng)壓板表面有螺紋結(jié)構(gòu)，用于螺桿與壓板的定位;螺母、墊片裝在固定桿上，移動(dòng)壓板、彈簧導(dǎo)桿用于固定彈簧;在螺母與螺紋導(dǎo)柱和移動(dòng)壓板配合下，可以調(diào)節(jié)移動(dòng)壓板相對攪拌頭的位置，壓縮彈簧下端套入T型頂塞，給填充棒提供下壓力，使填充棒沿著填充孔向下填充。該自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭裝置結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用性強(qiáng)、成本低廉、容易實(shí)現(xiàn)且裝配方便，便于攪拌摩擦過程中添補(bǔ)材料，彌補(bǔ)焊縫區(qū)域缺陷孔洞。
[0012]有益效果:本發(fā)明的自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013](I)這是一種新式的單軸肩攪拌摩擦焊工具，不需要破壞攪拌頭的整體結(jié)構(gòu)，攪拌頭可重復(fù)使用，同時(shí)既發(fā)揮了傳統(tǒng)摩擦焊的優(yōu)點(diǎn)，又具有耗材量小的特點(diǎn)。
[0014](2)焊接過過程中填充金屬可以順利進(jìn)入焊縫，這有利于進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量，且填充金屬的成分根據(jù)具體的焊接要求可以方便更改。
[0015](3)結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用性強(qiáng)，該自動(dòng)填充式攪拌摩擦工具部件較少、成本低廉、容易實(shí)現(xiàn)且裝配方便，這對于其推廣與應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)頭示意圖。
[0017]圖2為攪拌頭示意圖。
[0018]圖3為圖2的B-B剖視示意圖。
[0019]圖4為T型頂塞示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0021]如圖1至圖4所示，本發(fā)明的自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭，包括移動(dòng)壓板2和攪拌頭5，所述移動(dòng)壓板2與攪拌頭5通過固定桿3連接，攪拌頭5包含螺紋盲孔13、裝夾平臺(tái)11和鍵槽，固定桿3為全螺紋螺桿，與攪拌頭5上部中心的螺紋孔相配合，壓板正中為通孔，旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母I，可調(diào)節(jié)壓板與攪拌頭5的距離，所述攪拌頭5內(nèi)設(shè)有填充孔10，填充孔10內(nèi)設(shè)有填充棒6，填充孔10末端設(shè)有限制填充棒6移動(dòng)的限位凸臺(tái)12，在移動(dòng)壓板2上設(shè)有將推進(jìn)填充棒6移動(dòng)的推進(jìn)裝置，所述推進(jìn)裝置包含導(dǎo)桿8和彈簧4，導(dǎo)桿8—端與移動(dòng)壓板2連接，另一端插入填充孔10內(nèi)，在導(dǎo)桿8上套有推動(dòng)填充棒6移動(dòng)的彈簧4，所述彈簧4與填充棒6之間設(shè)有T型頂塞7。
[0022]在本發(fā)明中，攪拌頭5選擇高溫合金進(jìn)行加工，T型頂塞7選擇高溫合金進(jìn)行加工，相應(yīng)表面加工槽，移動(dòng)壓板2、固定桿3和導(dǎo)桿8采用普通鋼材加工。
[0023]本發(fā)明的自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭的安裝方法如下:
[0024](I)將攪拌頭5與固定桿3配合安裝；
[0025 ] (2)在填充孔中放置兩根長度合適的填充棒6;
[0026](3)將移動(dòng)壓板2與彈簧導(dǎo)桿8配合安裝；
[0027](4)將彈簧4的一頭安裝T型頂塞7，一頭套在彈簧導(dǎo)桿8上，再將第一壓力傳感器14和第二壓力傳感器15套在彈簧導(dǎo)桿8上，組成彈簧導(dǎo)桿系統(tǒng)；
[0028](5)將彈簧導(dǎo)桿系統(tǒng)插入攪拌頭5的填充孔中，抵住填充棒7，同時(shí)固定桿3穿過移動(dòng)壓板2中間的通孔；
[0029](6)將墊片9套入固定桿3,緊貼在移動(dòng)壓板2上方
[0030](7)將鎖緊螺母1與固定桿3配合，旋轉(zhuǎn)擰至移動(dòng)壓板2使彈簧4壓縮，當(dāng)移動(dòng)壓板2 低至所需距離，鎖死鎖緊螺母1。彈簧4的壓縮量根據(jù)以下原則確定:當(dāng)填充棒6完全被消耗后，彈黃的總壓縮力仍有3kg[〇〇31]在單軸肩攪拌摩擦焊接過程中，由于焊接工件表面或其他原因?qū)е聰嚢桀^的壓入深度不能保持恒定值，從而使焊接區(qū)域的工件厚度不均勻，最終導(dǎo)致焊接區(qū)域金屬出現(xiàn)孔洞、隧道缺陷。為了保證焊縫內(nèi)部材質(zhì)統(tǒng)一，填充棒料與被焊工件同材質(zhì)。[〇〇32]以6061鋁合金單軸肩攪拌摩擦焊接為例，填充棒6也為6061鋁合金。
[0033]該攪拌摩擦焊具準(zhǔn)備焊接的主要流程與步驟:[〇〇34](1)選擇合適材料的填充棒6放入填充孔10中；
[0035](2)將攪拌摩擦焊工具裝配完成并安裝在攪拌摩擦焊機(jī)上；[〇〇36](3)啟動(dòng)焊機(jī)主電機(jī)，使攪拌摩擦焊具旋轉(zhuǎn)；[〇〇37](4)正式開始焊接；[〇〇38](5)焊接過程中，當(dāng)?shù)谝粔毫鞲衅?4和第二壓力傳感器15輸出的平均值沒有發(fā)生改變時(shí)，需加大旋轉(zhuǎn)速度或降低焊接速度。
[0039](6)焊接結(jié)束后，為了防止導(dǎo)致填充棒6粘在填充孔上，需要準(zhǔn)備一定的氫氧化鈉水溶液浸泡攪拌頭，最后拆卸部件，更換填充棒6，即可重復(fù)使用。
[0040]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭，其特征在于:包括移動(dòng)壓板和攪拌頭，所述移動(dòng)壓板與攪拌頭通過固定桿連接，所述攪拌頭內(nèi)設(shè)有填充孔，填充孔內(nèi)設(shè)有填充棒，填充孔末端設(shè)有限制填充棒移動(dòng)的限位凸臺(tái)，在移動(dòng)壓板上設(shè)有將推進(jìn)填充棒移動(dòng)的推進(jìn)裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭，其特征在于:所述推進(jìn)裝置包含導(dǎo)桿和彈簧，導(dǎo)桿一端與移動(dòng)壓板連接，另一端插入填充孔內(nèi)，在導(dǎo)桿上套有推動(dòng)填充棒移動(dòng)的彈貪。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭，其特征在于:所述彈簧與填充棒之間設(shè)有T型頂塞。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭，其特征在于:所述填充棒完全消耗完之后，彈簧的總壓縮力不小于3kg。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭，其特征在于:所述固定桿的頭部設(shè)有螺紋，移動(dòng)壓板通過鎖緊螺母固定在固定桿上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭，其特征在于:所述固定桿通過螺紋與攪拌頭連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)填充式單軸肩攪拌摩擦頭，其特征在于:所述填充棒與被焊接工件的材質(zhì)相同。
【文檔編號(hào)】B23K20/12GK106001900SQ201610440494
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】吳銘方, 陳書錦, 祁凱, 李瑞峰
【申請人】江蘇科技大學(xué)