專利名稱：一種隨焊拋光多功能攪拌摩擦焊焊具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦焊焊具，具體涉及一種隨焊拋光多功能攪拌摩 擦焊焊具。
背景技術(shù)：
攪拌摩擦焊(FSW)是1991年在英國焊接研究所(TWI)發(fā)明的一種新 的固相連接方法，該發(fā)明的專利號(hào)為US5460317，該方法的基本過程是一個(gè) 由攪拌針和軸肩組成的非消耗焊具(攪拌頭)高速旋轉(zhuǎn)使攪拌針插入預(yù)連接 板之間，當(dāng)軸肩與工件表面接觸后，利用攪拌頭的強(qiáng)烈摩擦和攪拌作用，使 焊接焊縫區(qū)金屬處于熱塑性狀態(tài)并被破碎和混合，在一定的壓力作用下被連 接在一起，攪拌頭沿焊縫方向高速旋轉(zhuǎn)并擠壓，在攪拌頭的后方形成焊縫， 實(shí)現(xiàn)固相連接。攪拌針的作用是攪動(dòng)焊縫區(qū)的被塑化的材料，使其產(chǎn)生塑性 流變和混合，軸肩的作用是對(duì)由攪拌針攪動(dòng)變形的材料施加鍛造作用，從而 形成致密無缺陷的焊縫。攪拌頭是攪拌摩擦焊工藝中的關(guān)鍵部件之一，要求 具有高強(qiáng)、耐磨、隔熱和耐高溫等性能。對(duì)于鋁合金、鎂合金和銅合金等材 料的焊接，從提高焊接速度的角度來講，需要提高攪拌強(qiáng)度，即提高攪拌轉(zhuǎn) 速和加大頂鍛力，以提高單位時(shí)間內(nèi)由機(jī)械能轉(zhuǎn)變來的熱量，但攪拌強(qiáng)度的 提高會(huì)使表層塑性金屬在壓力和離心力的作用下從攪拌頭肩邊沿溢出形成飛 邊，影響焊接質(zhì)量，對(duì)于厚板的焊接這種現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。飛邊的存在致使應(yīng) 力集中，將會(huì)降低焊縫的力學(xué)和耐腐蝕性能，而且焊縫表面凸凹不平的棱角 也是腐蝕敏感區(qū)。
目前，去除飛邊的方法一般為焊后機(jī)械打磨，這種方法不但延長了加工 周期和勞動(dòng)強(qiáng)度，而且引起攪拌摩擦焊工藝流程的中斷。針對(duì)攪拌頭及攪拌 摩擦焊特點(diǎn)導(dǎo)致飛邊的問題，專利號(hào)為ZL200520050618.5的實(shí)用新型專利采 用了攪拌針與軸肩分體設(shè)計(jì)，并在軸肩端面內(nèi)凹錐面上加工螺旋凸棱，焊接 過程中在一定程度上防止了金屬流失和飛邊的產(chǎn)生，但并不能完全避免軸肩 外邊沿塑性金屬的溢出而產(chǎn)生飛邊。專利號(hào)為200710302169.2的發(fā)明專利采
4用了攪拌頭基體和切削刀片相組合，在焊接過程中有效地去除了飛邊，獲得 了高質(zhì)量的表面平整光滑的焊縫，但切削刀片呈剛性狀態(tài)，當(dāng)軸肩壓入量發(fā) 生變化時(shí)容易損傷被焊材料的表面和損傷刀具，且專用組合刀具大大增加了 攪拌頭設(shè)計(jì)與加工成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的攪拌摩擦焊焊具在焊接過程中易產(chǎn)生飛 邊、焊縫表面光潔度差和應(yīng)力集中的問題，進(jìn)而提供一種隨焊拋光多功能攪 拌摩擦焊焊具。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種隨焊拋光多功能攪拌摩擦焊焊具包括攪拌頭 基體，所述攪拌頭基體由圓柱形夾持體、圓柱形連接體和攪拌針組成，所述 圓柱形夾持體、圓柱形連接體和攪拌針同軸由上至下依次制成一體，所述攪 拌針與圓柱形連接體的交界處形成定位臺(tái)肩端面，所述圓柱形夾持體的側(cè)面
上制有防松緊固面，所述圓柱形連接體上開有環(huán)形隔熱散熱槽；所述攪拌針
由軸肩和針體組成，所述軸肩和針體同軸由上至下制成一體，所述焊具還包
括鋼絲刷結(jié)構(gòu)體、定位墊環(huán)和定位螺母，所述鋼絲刷結(jié)構(gòu)體由u字形鋼絲刷
座、多根編織不銹鋼絲、多根不銹鋼絲束和支承墊環(huán)組成，所述定位墊環(huán)位
于臺(tái)肩端面和U字形鋼絲刷座之間，所述U字形鋼絲刷座與軸肩上部固接， 所述多根不銹鋼絲束的上端固裝在U字形鋼絲刷座內(nèi)，所述多根不銹鋼絲束 通過多根編織不銹鋼絲編制在一起，所述多根不銹鋼絲束的下端伸出軸肩的 底面，所述支承墊環(huán)和定位螺母由上至下固裝在軸肩上部。
本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明在攪拌摩擦焊過程中，采用與攪拌頭
組合設(shè)計(jì)的不銹鋼鋼絲刷對(duì)仍處于高溫狀態(tài)的焊縫進(jìn)行拋光處理，清除焊縫 兩側(cè)的飛邊、改善焊縫表面的光潔度、細(xì)化表面晶粒、消除應(yīng)力集中是本發(fā) 明獨(dú)具的特點(diǎn)。這種隨焊拋光鋼絲刷可跟隨攪拌頭焊接任何長度的直焊縫、 曲線焊縫，實(shí)現(xiàn)焊縫表面質(zhì)量的隨焊控制。本發(fā)明的多功能攪拌頭設(shè)計(jì)簡單， 調(diào)節(jié)方便，能保證各種鋁合金、鎂合金和銅合金等材料的攪拌摩擦焊焊縫質(zhì)


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視剖視圖(軸肩上部為錐臺(tái)形結(jié)構(gòu)體)，圖2是圖1的a處局部放大圖，圖3是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視剖視圖(軸肩上部 為圓柱形結(jié)構(gòu)體)，圖4是圖3的b處局部放大圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1 圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種隨 焊拋光多功能攪拌摩擦焊焊具包括攪拌頭基體，所述攪拌頭基體由圓柱形夾
持體3、圓柱形連接體4和攪拌針1組成，所述圓柱形夾持體3、圓柱形連接 體4和攪拌針1同軸由上至下依次制成一體，所述攪拌針1與圓柱形連接體4 的交界處形成定位臺(tái)肩端面4-2，所述圓柱形夾持體3的側(cè)面上制有防松緊固 面3-l，所述圓柱形連接體4上開有環(huán)形隔熱散熱槽4-l;所述攪拌針l由軸 肩1-1和針體1-2組成，所述軸肩1-1和針體1-2同軸由上至下制成一體，所 述焊具還包括鋼絲刷結(jié)構(gòu)體2、定位墊環(huán)6和定位螺母9，所述鋼絲刷結(jié)構(gòu)體 2由U字形鋼絲刷座2-1、多根編織不銹鋼絲2-2、多根不銹鋼絲束2-3和支 承墊環(huán)2-4組成，所述定位墊環(huán)6位于臺(tái)肩端面4-2和U字形鋼絲刷座2-1之 間，所述U字形鋼絲刷座2-1與軸肩l-l上部固接，所述多根不銹鋼絲束2-3 的上端固裝在U字形鋼絲刷座2-1內(nèi)，所述多根不銹鋼絲束2-3通過多根編織 不銹鋼絲2-2編制在一起，所述多根不銹鋼絲束2-3的下端伸出軸肩1-1的底 面，所述支承墊環(huán)2-4和定位螺母9由上至下固裝在軸肩1-1上部。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖1 圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的多根不 銹鋼絲束2-3的上端均勻固裝在U字形鋼絲刷座2-1內(nèi)。其它組成和連接關(guān)系 與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖2和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的多根 不銹鋼絲束2-3的下端伸出軸肩1-1底面的長度L為2mm 6mm，多根不銹 鋼絲束2-3下端的內(nèi)側(cè)距離軸肩1-1的徑向距離H為3mm 15mm，所述多根 不銹鋼絲束2-3的整體寬度K為5mm 10mm。其它組成和連接關(guān)系與具體 實(shí)施方式一或二相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖3和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的軸肩 l-l上部為錐臺(tái)形結(jié)構(gòu)體。如此設(shè)置，有效防止鋼絲刷結(jié)構(gòu)體2與軸肩1-1的 相對(duì)滑動(dòng)。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖3和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的軸肩
61-1上部的錐面上均勻制有多根條紋1-1-1，每根條紋1-1-1均沿錐臺(tái)形結(jié)構(gòu)體 的母線設(shè)置。如此設(shè)置，更加有效地防止了鋼絲刷結(jié)構(gòu)體2與軸肩1-1的相對(duì) 滑動(dòng)。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖3和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的軸肩
1-1上部的錐面的母線與軸肩1-1的軸線之間的夾角a為5° 25°。如此設(shè)置， 更加有效地防止了鋼絲刷結(jié)構(gòu)體2與軸肩1-1的相對(duì)滑動(dòng)。其它組成和連接關(guān) 系與具體實(shí)施方式
四或五相同。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的軸肩 1-1上部為圓柱形結(jié)構(gòu)體，所述圓柱形結(jié)構(gòu)體的表面上制有螺紋，支承墊環(huán)2-4 和定位螺母9與軸肩l-l上部螺紋連接。如此設(shè)置，有效防止支承墊環(huán)2-4和 定位螺母9與軸肩1-1的相對(duì)滑動(dòng)。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相 同。
具體實(shí)施方式
八結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的支承 墊環(huán)2-4和定位螺母9與軸肩1-1上部螺紋連接的旋緊方向與焊具的旋轉(zhuǎn)方向 相反。如此設(shè)置，更加有效地防止了支承墊環(huán)2-4和定位螺母9與軸肩1-1的 相對(duì)滑動(dòng)。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
七相同。
具體實(shí)施方式
九結(jié)合圖1和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的支承 墊環(huán)2-4的外徑為26mm 32mm。如此設(shè)置，通過改變支承墊環(huán)2-4的外徑 來調(diào)整多根不銹鋼絲束2-3下端的內(nèi)側(cè)距離軸肩1-1的徑向距離。其它組成和 連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一、六或八相同。
權(quán)利要求
1、一種隨焊拋光多功能攪拌摩擦焊焊具，它包括攪拌頭基體，所述攪拌頭基體由圓柱形夾持體(3)、圓柱形連接體(4)和攪拌針(1)組成，所述圓柱形夾持體(3)、圓柱形連接體(4)和攪拌針(1)同軸由上至下依次制成一體，所述攪拌針(1)與圓柱形連接體(4)的交界處形成定位臺(tái)肩端面(4-2)，所述圓柱形夾持體(3)的側(cè)面上制有防松緊固面(3-1)，所述圓柱形連接體(4)上開有環(huán)形隔熱散熱槽(4-1)；其特征在于所述攪拌針(1)由軸肩(1-1)和針體(1-2)組成，所述軸肩(1-1)和針體(1-2)同軸由上至下制成一體，所述焊具還包括鋼絲刷結(jié)構(gòu)體(2)、定位墊環(huán)(6)和定位螺母(9)，所述鋼絲刷結(jié)構(gòu)體(2)由U字形鋼絲刷座(2-1)、多根編織不銹鋼絲(2-2)、多根不銹鋼絲束(2-3)和支承墊環(huán)(2-4)組成，所述定位墊環(huán)(6)位于臺(tái)肩端面(4-2)和U字形鋼絲刷座(2-1)之間，所述U字形鋼絲刷座(2-1)與軸肩(1-1)上部固接，所述多根不銹鋼絲束(2-3)的上端固裝在U字形鋼絲刷座(2-1)內(nèi)，所述多根不銹鋼絲束(2-3)通過多根編織不銹鋼絲(2-2)編制在一起，所述多根不銹鋼絲束(2-3)的下端伸出軸肩(1-1)的底面，所述支承墊環(huán)(2-4)和定位螺母(9)由上至下固裝在軸肩(1-1)上部。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種隨焊拋光多功能攪拌摩擦焊焊具，其特征在 于所述多根不銹鋼絲束(2-3)的上端均勻固裝在U字形鋼絲刷座(2-1)內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種隨焊拋光多功能攪拌摩擦焊焊具，其特 征在于所述多根不銹鋼絲束(2-3)的下端伸出軸肩(1-1)底面的長度(L) 為2mm 6mm，多根不銹鋼絲束(2-3)下端的內(nèi)側(cè)距離軸肩(1-1)的徑向 距離(H)為3mm 15mm，所述多根不銹鋼絲束(2-3)的整體寬度(K)為 5mm 10mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種隨焊拋光多功能攪拌摩擦焊焊具，其特征在 于所述軸肩(1-1)上部為錐臺(tái)形結(jié)構(gòu)體。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種隨焊拋光多功能攪拌摩擦焊焊具，其特征在 于所述軸肩(1-1 )上部的錐面上均勻制有多根條紋(1-1-1 )，每根條紋(1-1-1 ) 均沿錐臺(tái)形結(jié)構(gòu)體的母線設(shè)置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種隨焊拋光多功能攪拌摩擦焊焊具，其特征在 于所述軸肩(1-1)上部為圓柱形結(jié)構(gòu)體，所述圓柱形結(jié)構(gòu)體的表面上制有螺紋，支承墊環(huán)(2-4)和定位螺母(9)與軸肩(1-1)上部螺紋連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種隨焊拋光多功能攪拌摩擦焊焊具，其特征在 于所述支承墊環(huán)(2-4)和定位螺母(9)與軸肩(1-1)上部螺紋連接的旋 緊方向與焊具的旋轉(zhuǎn)方向相反。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1、 6或7所述一種隨焊拋光多功能攪拌摩擦焊焊具， 其特征在于所述支承墊環(huán)(2-4)的外徑為26mm 32mm。
全文摘要
一種隨焊拋光多功能攪拌摩擦焊焊具，它涉及一種攪拌摩擦焊焊具。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的攪拌摩擦焊焊具在焊接過程中易產(chǎn)生飛邊、焊縫表面光潔度差和應(yīng)力集中的問題。本發(fā)明的定位墊環(huán)位于臺(tái)肩端面和U字形鋼絲刷座之間，U字形鋼絲刷座與軸肩上部固接，多根不銹鋼絲束的上端固裝在U字形鋼絲刷座內(nèi)，多根不銹鋼絲束通過編織不銹鋼絲編制在一起，多根不銹鋼絲束的下端伸出軸肩的底面，支承墊環(huán)和定位螺母由上至下固裝在軸肩上部。本發(fā)明清除了焊縫兩側(cè)的飛邊、改善了焊縫表面的光潔度、細(xì)化了表面晶粒并且消除了應(yīng)力集中。本發(fā)明多功能焊具設(shè)計(jì)簡單、調(diào)節(jié)方便，并保證了各種鋁合金、鎂合金和銅合金等材料的攪拌摩擦焊焊縫質(zhì)量。
文檔編號(hào)B24D13/00GK101559531SQ20091007203
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者劉會(huì)杰, 利 周, 張會(huì)杰, 張郁中, 沈俊軍, 黃永憲 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)