專利名稱：可改善焊縫性能的多足式攪拌摩擦焊攪拌頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可改善焊縫性能的多足式攪拌摩擦
焊攪拌頭。
背景技術(shù)：
攪拌摩擦焊接(FSW :Friction Stir Welding)具有很高的焊接質(zhì)量，在航空航天、車輛、造船等行業(yè)已得到廣泛的應(yīng)用，但是由于其自身的焊接特點，也存在一定的不足之處。如焊接接頭焊縫部位一般會產(chǎn)生一個下壓量，下壓幾何尺寸根據(jù)板材厚度的不同會有差異， 一般為0. 05 0. 8mm左右，這就使得焊縫與母材過渡區(qū)域存在應(yīng)力集中，從而成為焊接接頭薄弱環(huán)節(jié)。對于大板材的攪拌摩擦焊接接頭，除焊縫存在一個下壓量外，軸肩的兩側(cè)由于塑性材料的甩出而形成飛邊，在實際工程應(yīng)用中，消除飛邊過程即增加加工工序，又增加工業(yè)生產(chǎn)成本。

實用新型內(nèi)容為此，本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種能夠有效避免焊接接頭應(yīng)力
集中，提高焊接接頭質(zhì)量的攪拌摩擦焊攪拌頭及焊接方法。 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 —種可改善焊縫性能的多足式攪拌摩擦焊攪拌頭，包括至少一個用于攪拌焊接形
成焊縫的前置攪拌頭和至少一個置于所述前置攪拌頭之后用于對所述焊縫及母材進行旋
轉(zhuǎn)擠壓的后置攪拌頭。 所述前置攪拌頭為一個，所述后置攪拌頭為兩個。 兩個所述后置攪拌頭對稱地設(shè)置在所述前置攪拌頭的側(cè)后方。 所述前置攪拌頭包括攪拌探針、軸肩和夾持部件，所述后置攪拌頭包括軸肩和夾持部件。 所述前置攪拌頭和所述后置攪拌頭的旋轉(zhuǎn)方向相反。 本技術(shù)實用新型主要為了消弱攪拌摩擦焊接接頭焊縫厚度差引起的焊縫應(yīng)力集中問題，其作用機理為前面的前置攪拌頭的功能為正常的攪拌完成焊縫，后面的后置攪拌頭沒有攪拌探針，其作用僅僅是對焊縫與母材表面進行旋轉(zhuǎn)擠壓。因為軸肩的熱機械作用也比較強，板材表面的焊縫經(jīng)過動態(tài)再結(jié)晶過程，組織得到改善，性能大大提高。后面的后置攪拌頭的壓入量比前面攪拌頭的壓入量要小，而且壓入量的相對高度差值可以隨機調(diào)節(jié)。多個攪拌頭的旋轉(zhuǎn)方向可以相同也可以相反。 一般攪拌摩擦焊接的攪拌頭逆時針旋轉(zhuǎn)，后面的后置攪拌頭可以是順時針，再一次對板材表面進行超塑性處理，強化板材性能。[0011] 本實用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點1)本實用新型的多足式攪拌頭除了能保證焊接過程的順利進行外，同時對焊縫實施一個旋轉(zhuǎn)擠壓，讓焊縫與母材實現(xiàn)均勻過渡，以降低應(yīng)力集中，減至最低甚至消失。采用多足式攪拌頭，焊縫能實現(xiàn)與母材的均勻過渡，消除FSW特有的厚度差。2)改善焊縫性能。這種熱機械作用可以改善焊
3接接頭表面的組織，經(jīng)歷動態(tài)再結(jié)晶過程，晶粒細化，性能大大提高。3)減少焊縫殘余應(yīng)力。通過后置攪拌頭進一步的旋轉(zhuǎn)擠壓，可使殘余應(yīng)力降至最低。4)制作成本低。焊接后，不需要后續(xù)的處理即可以工程應(yīng)用，減少了消除厚度差和飛邊的缺陷，省時、省力。

為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本實用新型的具體實施
例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的攪拌頭的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實用新型的攪拌頭的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實用新型的攪拌頭工作時的旋轉(zhuǎn)示意圖。 圖中附圖標記表示為1-攪拌探針，2-軸肩，3-夾持部段，4-前置攪拌頭，5-后置攪拌頭。
具體實施方式如圖2和圖3所示，本實用新型的可改善焊縫性能的多足式攪拌摩擦焊攪拌頭，包括至少一個用于攪拌焊接形成焊縫的前置攪拌頭4和至少一個置于所述前置攪拌頭4之后用于對所述焊縫及母材進行旋轉(zhuǎn)擠壓的后置攪拌頭5。本實施例中，所述前置攪拌頭4為一個，所述后置攪拌頭5為兩個。兩個所述后置攪拌頭5對稱地設(shè)置在所述前置攪拌頭4的側(cè)后方。所述前置攪拌頭4包括攪拌探針1、軸肩2和夾持部件3，所述后置攪拌頭5沒有攪拌探針，只包括軸肩2和夾持部件3。 在進行攪拌摩擦焊接時，通過前置攪拌頭4攪拌焊接形成焊縫后再通過后置攪拌頭5對所述焊縫及母材進行旋轉(zhuǎn)擠壓。所述后置攪拌頭5的壓入量小于所述前置攪拌頭4的壓入量。所述前置攪拌頭4和所述后置攪拌頭5的旋轉(zhuǎn)方向相反。因為軸肩2的熱機械作用也比較強，板材表面的焊縫經(jīng)過動態(tài)再結(jié)晶過程，組織得到改善，性能大大提高。后面的后置攪拌頭5的壓入量比前面攪拌頭的壓入量要小，而且壓入量的相對高度差值可以隨機調(diào)節(jié)。 根據(jù)焊接基體材料的不同，攪拌頭可采用低碳鋼、高速鋼及高溫合金等材料制作。攪拌頭可為柱形光頭、柱形螺紋、錐形光頭和錐形螺紋攪拌頭等不同形式。前置攪拌頭4的軸肩直徑的變化范圍為D = 17 27mm，攪拌探針直徑的變化范圍為d = 3 5mm。后置攪拌頭5無探針軸肩幾何尺寸可根據(jù)焊縫寬度要求做適當調(diào)整， 一般軸肩直徑尺寸變化范圍約為D = 5 25mm，三攪拌頭同時聯(lián)動，后置攪拌頭5的旋轉(zhuǎn)方向同向或異向。[0020] 顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
權(quán)利要求一種可改善焊縫性能的多足式攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于，包括至少一個用于攪拌焊接形成焊縫的前置攪拌頭(4)和至少一個置于所述前置攪拌頭(4)之后用于對所述焊縫及母材進行旋轉(zhuǎn)擠壓的后置攪拌頭(5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多足式攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于，所述前置攪拌頭(4) 為一個，所述后置攪拌頭(5)為兩個。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多足式攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于，兩個所述后置攪拌 頭(5)對稱地設(shè)置在所述前置攪拌頭(4)的側(cè)后方。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的多足式攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于，所述前置 攪拌頭(4)包括攪拌探針(1)、軸肩(2)和夾持部件(3)，所述后置攪拌頭(5)包括軸肩(2) 和夾持部件(3)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的多足式攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于，所述前置 攪拌頭(4)和所述后置攪拌頭(5)的旋轉(zhuǎn)方向相反。
專利摘要一種可改善焊縫性能的多足式攪拌摩擦焊攪拌頭，包括至少一個用于攪拌焊接形成焊縫的前置攪拌頭和至少一個置于所述前置攪拌頭之后用于對所述焊縫及母材進行旋轉(zhuǎn)擠壓的后置攪拌頭。本實用新型的多足式攪拌頭除了能保證焊接過程的順利進行外，同時對焊縫實施一個旋轉(zhuǎn)擠壓，讓焊縫與母材實現(xiàn)均勻過渡，以降低應(yīng)力集中，減至最低甚至消失。采用多足式攪拌頭，焊縫能實現(xiàn)與母材的均勻過渡，消除FSW特有的厚度差。
文檔編號B23K20/12GK201529846SQ200920153929
公開日2010年7月21日 申請日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者吳會強, 張華 , 趙興科, 黃繼華 申請人:北京科技大學(xué)