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一種用于低熔點(diǎn)合金厚板焊接的強(qiáng)力攪拌焊頭的制作方法

文檔序號(hào):3015354閱讀:188來源:國知局
專利名稱:一種用于低熔點(diǎn)合金厚板焊接的強(qiáng)力攪拌焊頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及一種用于低熔點(diǎn)合金焊接的攪拌摩擦焊的強(qiáng)力攪拌焊頭,屬于低熔點(diǎn)合金焊接領(lǐng)域。
背景技術(shù)
攪拌摩擦焊是一種新型金屬低溫固相連接技術(shù)。適用于難以用熔化焊接的低熔點(diǎn)合金,目前各國都在競(jìng)相研發(fā),并已在航天航空、船舶、高速列車、裝甲戰(zhàn)車等領(lǐng)域有了一些成功應(yīng)用。攪拌頭是這一新型焊接工藝中的關(guān)鍵部件之一,起著摩擦生熱,擠壓金屬,導(dǎo)流和頂鍛生成致密焊縫組織的多重作用,要求具有高強(qiáng)、耐磨、隔熱、耐高溫等性能。對(duì)于低熔點(diǎn)合金厚板的焊接,從提高焊接溫度的角度來說,需要提高攪拌強(qiáng)度,即提高攪拌轉(zhuǎn)速及加大頂鍛力,以提高單位時(shí)間內(nèi)有機(jī)械能轉(zhuǎn)變來的熱量,但攪拌強(qiáng)度的提高會(huì)帶來兩個(gè)負(fù)面效應(yīng)其一是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;其二是焊縫區(qū)金屬因金屬流失,填充不充分,而形成疏松組織甚至空洞。對(duì)于厚板的焊接所要求高強(qiáng)度攪拌、大流量金屬流變和高流變壓力,普通的攪拌頭難以勝任,容易出現(xiàn)飛邊、組織疏松乃至空洞等焊接缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決厚板攪拌焊接中因其下層金屬焊接溫度偏低,金屬流量大,易產(chǎn)生飛邊和空洞而難以焊接的問題,本實(shí)用新型提供一種用于低熔點(diǎn)合金厚板焊接的強(qiáng)力攪拌焊頭。
一種用于低熔點(diǎn)合金厚板焊接的強(qiáng)力攪拌焊頭,由攪棒1、臺(tái)肩2、下隔熱墊3、夾持體4、和上隔熱墊6組成,攪棒1的下部為具有旋轉(zhuǎn)拋物線輪廓和螺旋棱的工作部,上部為圓柱面,圓柱面上對(duì)稱分布兩個(gè)120°圓錐形凹坑,攪棒1裝于臺(tái)肩2的中心孔內(nèi),臺(tái)肩2的柄部與夾持體4內(nèi)孔配合,臺(tái)肩2的柄部有凹槽,夾持體4的端面設(shè)置有凸鍵,夾持體4的端面凸鍵與臺(tái)肩2凹槽及攪棒的圓錐形凹坑配合,夾持體4頭部有螺孔,螺釘5旋入穿過臺(tái)肩2柄部的光孔頂住攪棒上的錐形凹坑,夾持體柄部的圓柱面和鍵與攪拌主軸內(nèi)孔配合,夾持體中心設(shè)螺釘軸向緊固,臺(tái)肩2與夾持體4的端面之間用下隔熱墊3隔開,夾持體與攪拌主軸之間用上隔熱墊6隔開。各部分功能如下所述攪棒1的上部為圓柱面,圓柱面上對(duì)稱分布兩個(gè)120°圓錐形凹坑,并與臺(tái)肩內(nèi)孔配合,下部為具有旋轉(zhuǎn)拋物線輪廓和螺旋棱的工作部,采用具有高紅硬溫度、高強(qiáng)度和良好韌性的耐高溫材料制造,其作用是對(duì)焊接區(qū)的待焊金屬進(jìn)行攪拌。在焊接過程中形成攪拌摩擦焊縫所需的超塑性流動(dòng),以得到固相連接焊縫,旋轉(zhuǎn)拋物線輪廓正好與厚板攪拌摩擦焊接溫度場(chǎng)高溫區(qū)相吻合,確保焊接區(qū)金屬充分塑化。螺旋棱旋向與主軸旋轉(zhuǎn)配合,推動(dòng)塑化金屬向下流動(dòng),形成焊核下層組織。
所述臺(tái)肩2下端面有170~175°的內(nèi)凹錐面,錐面上設(shè)有內(nèi)凹的端面螺旋凸棱,其內(nèi)聚方向與工作時(shí)轉(zhuǎn)向相反,上部為圓柱面定位,上設(shè)徑向孔用于軸向固定,凸棱頂面內(nèi)凹使之在具有容納鉆入時(shí)溢出的塑性金屬的同時(shí),能強(qiáng)化攪拌生熱,并將塑性金屬擠向焊接區(qū)。其旋向與主軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)配合,將臺(tái)肩邊沿金屬向焊接區(qū)擠壓,在中心區(qū)攪棒周圍形成高壓流體區(qū),生成焊核上層組織,在流體高壓的作用下與攪棒生成的下層組織緊密結(jié)合形成致密焊縫組織。螺旋凸棱還有防止焊接過程中金屬流失,形成飛邊和焊接空洞的作用。
所述下隔熱墊3以薄石棉板制作,置于臺(tái)肩與夾持體之間,起隔熱保溫作用,阻隔熱量從攪拌區(qū)向主軸傳遞,在臺(tái)肩與夾持體之間形成大的溫度梯度,保持焊接區(qū)的溫度。
所述夾持體4由柄部(上)和夾持部(下)組成,柄部為帶鍵的圓柱或圓錐形定位面,與焊機(jī)主軸聯(lián)結(jié),中心處螺栓緊固(圖中未畫出),夾持部設(shè)內(nèi)孔與臺(tái)肩定位面配合,并用端面鍵驅(qū)動(dòng)臺(tái)肩,圓柱面上由徑向螺孔,用于安裝緊定螺釘5。
螺釘5從夾持體下部的徑向螺孔旋入,穿過臺(tái)肩定位圓柱面上的徑向孔,對(duì)臺(tái)肩進(jìn)行軸向固定,并頂緊攪棒上的圓錐凹坑,對(duì)攪棒進(jìn)行軸向和周向緊固與驅(qū)動(dòng)。
所述上隔熱墊6以薄石棉板制作,置于夾持體與攪拌主軸之間,起隔熱保溫作用,阻隔熱量從夾持體向主軸傳遞,避免焊接熱量引起過大的主軸溫升,并使臺(tái)肩保持較高的溫度。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果主要表現(xiàn)在以下方面集料凸棱在焊縫形成區(qū)構(gòu)成穩(wěn)定高壓流變區(qū),防止外溢,消除了焊接飛邊,并生成致密焊縫組織;多級(jí)熱阻設(shè)計(jì),有效抑制攪拌摩擦熱損失;改善了厚板焊縫組織沿厚度方向的不均勻性;高強(qiáng)度鋁合金在超塑性狀態(tài)下的流動(dòng)性仍較差,本實(shí)用新型所形成的塑性金屬流體高壓能有效克服上述困難,獲得優(yōu)良焊縫。
本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)厚板攪拌摩擦焊所要求的高強(qiáng)度攪拌生熱,形成大流量金屬流變和高流變壓力,能有效抑制金屬溢出消除飛邊,生成致密焊縫組織;本實(shí)用新型還具有拆卸快捷、易制造、隔熱性好、易損件少(僅需更換攪棒)和經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn),是新型高強(qiáng)鋁合金厚板焊接專用攪拌工具,對(duì)于發(fā)展我國攪拌摩擦焊接技術(shù)具有重要意義。


圖1本實(shí)用新型的組裝圖;圖2本實(shí)用新型的爆炸圖;圖3本實(shí)用新型臺(tái)肩內(nèi)凹集料棱正視圖;圖4本實(shí)用新型臺(tái)肩內(nèi)凹集料多棱正視圖;圖5本實(shí)用新型臺(tái)肩內(nèi)凹集料棱剖視圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的工作過程作進(jìn)一步的說明。
在焊接過程中,臺(tái)肩與工件表面劇烈摩擦,在焊縫區(qū)使金屬形成具有漏斗狀高溫區(qū),攪棒的旋轉(zhuǎn)拋物線輪廓正好與厚板攪拌摩擦焊接溫度場(chǎng)高溫區(qū)相吻合,確保焊接區(qū)金屬在充分塑化條件下形成焊縫組織。臺(tái)肩下端面設(shè)有一條或多條內(nèi)凹螺旋集料凸棱,螺旋棱內(nèi)聚方向與主軸旋轉(zhuǎn)配合,推動(dòng)塑化金屬向焊核中心流動(dòng),形成焊核上層組織。在流體高壓的作用下與攪棒生成的下層組織緊密結(jié)合形成致密焊縫組織。凸棱頂面的內(nèi)凹特征使本實(shí)用新型在具有強(qiáng)化攪拌生熱和聚集塑性金屬作用的同時(shí),能容納并密閉鉆入時(shí)溢出的塑性金屬,保持焊接區(qū)金屬流體的壓力,螺旋凸棱在接下來的焊接過程中還有防止焊接過程中金屬流失,形成飛邊和焊接空洞的作用。由上、下隔熱墊構(gòu)成的兩級(jí)熱阻有效地防止攪拌熱的損失,保持焊接區(qū)溫度穩(wěn)定。只要拆下螺釘5,就能輕松更換攪棒和臺(tái)肩,也只需更換攪棒與臺(tái)肩,就能適應(yīng)不同材料和焊接厚度的工藝要求。
權(quán)利要求1.一種用于低熔點(diǎn)合金厚板焊接的強(qiáng)力攪拌焊頭,其特征在于主要包括攪棒(1)、臺(tái)肩(2)、夾持體(4),攪棒的下部為具有旋轉(zhuǎn)拋物線輪廓和螺旋棱的工作部,上部為圓柱面,圓柱面上對(duì)稱分布兩個(gè)120°圓錐形凹坑,攪棒裝于臺(tái)肩的中心孔內(nèi),臺(tái)肩的柄部與夾持體內(nèi)孔配合,臺(tái)肩的柄部有凹槽,夾持體的端面設(shè)置有凸鍵,夾持體的端面凸鍵與臺(tái)肩凹槽及攪棒的圓錐形凹坑配合,夾持體頭部有螺孔,螺釘旋入穿過臺(tái)肩柄部的光孔頂住攪棒上的錐形凹坑,夾持體柄部的圓柱面和鍵與攪拌主軸內(nèi)孔配合,夾持體中心設(shè)螺釘軸向緊固,臺(tái)肩與夾持體的端面之間用下隔熱墊隔開,夾持體與攪拌主軸之間用上隔熱墊隔開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌焊頭,其特征在于所述臺(tái)肩下端面有170~175°的內(nèi)凹錐面,錐面上設(shè)有內(nèi)凹的端面螺旋凸棱,螺旋凸棱的內(nèi)聚方向與工作時(shí)轉(zhuǎn)向相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌焊頭,其特征在于所述隔熱墊為薄石棉板。
專利摘要一種用于低熔點(diǎn)合金厚板焊接的強(qiáng)力攪拌焊頭,由攪棒1、臺(tái)肩2、下隔熱墊3、夾持體4、和上隔熱墊6組成,攪棒1裝于臺(tái)肩2的中心孔內(nèi),臺(tái)肩2的柄部與夾持體4內(nèi)孔配合,夾持體4的端面凸鍵與臺(tái)肩2凹槽配合。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)厚板攪拌摩擦焊所要求的高強(qiáng)度攪拌生熱,形成大流量金屬流變和高流變壓力,能有效抑制金屬溢出消除飛邊,生成致密焊縫組織;本實(shí)用新型還具有拆卸快捷、易制造、隔熱性好、易損件少和經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K20/12GK2776617SQ200520050618
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者賀地求, 周鵬展, 舒霞云 申請(qǐng)人:中南大學(xué)
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