專利名稱：一種適于水環(huán)境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦焊的攪拌頭，具體涉及一種適于水環(huán)境中局部 干式攪拌摩擦焊的攪拌頭。
技術(shù)背景攪拌摩擦焊(FSW)是1991年在英國(guó)焊接研究所(TWI)發(fā)明的一種新 的固相連接方法，其專利號(hào)為US54603H。目前，針對(duì)冷卻外場(chǎng)的引入來(lái)改 善攪拌摩擦焊焊縫成形和接頭性能等方面已開(kāi)展了系列研究。J. Q. Su等在 7075鋁合金的FSW過(guò)程中，用水、甲醇和干冰的混合物冷卻的攪拌頭后面已 成形的焊縫，得到了尺寸約為100nm的細(xì)小的焊核區(qū)組織[J. Mater. Res. 2003, 18: 1757]，攪拌摩擦焊過(guò)程中強(qiáng)制冷卻外場(chǎng)的引入，改變了焊接過(guò)程的熱循環(huán) 和溫度場(chǎng)，從而改變了接頭的組織、性能和應(yīng)力狀態(tài)。專利號(hào)為 200510105425.X的發(fā)明專利采用可跟隨攪拌頭移動(dòng)的熱沉，對(duì)仍處于高溫狀 態(tài)的焊縫進(jìn)行局部冷卻，從而控制焊接應(yīng)力與變形，該發(fā)明主要適用于攪拌 摩擦焊接薄壁結(jié)構(gòu)時(shí)出現(xiàn)的應(yīng)力與變形的控制?？梢?jiàn)，強(qiáng)制冷卻的引入有利 于改善接頭的微觀結(jié)構(gòu)和性能以及控制應(yīng)力和變形，但適于水環(huán)境中局部干 式攪拌摩擦焊的攪拌頭設(shè)計(jì)仍未有報(bào)道。目前，水環(huán)境中焊接主要包括焊條電弧悍、熔化極氬弧焊和鉤極氬弧焊 等弧焊方法以及激光焊，但還未涉及到水環(huán)境中的攪拌摩擦焊。在進(jìn)行水環(huán) 境中焊接時(shí)，無(wú)論是弧焊方法還是激光焊方法，大多數(shù)情況下都是采用將水 從焊接區(qū)排除出去的所謂"干法焊接"和"局部干式焊接"，由于此時(shí)焊接區(qū)沒(méi)有 水，需要復(fù)雜的配套設(shè)備和技術(shù)條件，因而實(shí)現(xiàn)難度較大；在某些情況下， 也有采用未將水從焊接區(qū)排除出去的所謂"濕法焊接"，如特制藥皮焊條的水下 電弧焊，但由于水存在于焊接區(qū)，不但影響電弧及熔滴過(guò)渡的穩(wěn)定性，而且 水在電弧高溫下的分解將導(dǎo)致焊縫增氫，造成接頭性能的惡化。攪拌摩擦焊 具有摩擦產(chǎn)熱材料塑性流動(dòng)形成有效連接和受水環(huán)境影響較小的特點(diǎn)，因此，設(shè)計(jì)一種適用于水環(huán)境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭成為亟待解決的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的攪拌摩擦焊攪拌頭無(wú)法適用于水環(huán)境中 局部干式焊接的問(wèn)題以及水下焊接需要復(fù)雜的配套設(shè)備和技術(shù)條件，實(shí)現(xiàn)難 度較大，電弧及熔滴過(guò)渡穩(wěn)定性差，水在電弧高溫下的分解導(dǎo)致焊縫增氫， 造成接頭性能惡化的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種適于水環(huán)境中局部干式攪拌摩擦焊 的攪拌頭。本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種適于水環(huán)境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭 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(kāi)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 述攪拌頭還包括鋼絲刷結(jié)構(gòu)體、多個(gè)定位墊環(huán)、緊固螺母和鋼絲刷定位套， 所述鋼絲刷結(jié)構(gòu)體由U字形鋼絲刷座、倒漏斗形罩和多根不銹鋼絲束組成， 所述緊固螺母與軸肩的上部螺紋連接，且緊固螺母的上端面與臺(tái)肩端面之間 設(shè)置有多個(gè)定位墊環(huán)，所述緊固螺母的下端面上設(shè)有安裝臺(tái)肩，所述U字形 鋼絲刷座固裝在安裝臺(tái)肩上，所述倒漏斗形罩固定在U字形鋼絲刷座上，所 述倒漏斗形罩罩在多根不銹鋼絲束的外側(cè)，且倒漏斗形罩的下邊緣處于多根 不銹鋼絲束的下端的上部，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的下端伸出軸肩的底面，所述鋼絲刷定位套與軸 肩上部螺紋連接。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明利用攪拌頭基體與鋼絲刷結(jié)構(gòu)體組合 的特殊攪拌頭，直接將水從焊接區(qū)排除出去，而不需要其他排水裝置。攪拌 頭周圍溫度較高，使其附近的水汽化，并利用蒸汽壓將水排開(kāi)，同時(shí)在不銹 鋼絲束的同步旋轉(zhuǎn)離心力的作用將水拋出，而且通過(guò)倒漏斗形罩阻止了水由 鋼絲刷結(jié)構(gòu)體上部和側(cè)面的進(jìn)入，具有簡(jiǎn)便易行的特點(diǎn)，同時(shí)由于焊接溫度 低，不會(huì)發(fā)生水分解而使焊縫增氫。本發(fā)明與大氣環(huán)境中攪拌摩擦焊方法不 同，本發(fā)明充分利用水具有大比熱容和較強(qiáng)導(dǎo)熱能力等熱物理性質(zhì)，降低焊接熱循環(huán)的峰值溫度，加快焊接過(guò)程的冷卻速度，縮小焊接溫度場(chǎng)的分布范 圍，因而降低了焊接熱影響區(qū)的寬度和軟化程度，細(xì)化了焊縫區(qū)的晶粒，最 終提高接頭的性能。因此，本發(fā)明克服了現(xiàn)有水下焊接方法和大氣環(huán)境中攪 拌摩擦焊方法存在的不足之處，不但容易滿足水環(huán)境中焊接的需求，而且能 夠提高接頭的性能。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視剖視圖，圖2是圖1的a處局部放大圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1 圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種適于水環(huán)境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭包括攪拌頭基體，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(kāi)有環(huán)形隔熱散熱槽4-l;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，所述攪拌頭還包括鋼絲刷結(jié)構(gòu)體2、多個(gè)定位墊環(huán)6、緊固螺母8 和鋼絲刷定位套9，所述鋼絲刷結(jié)構(gòu)體2由U字形鋼絲刷座2-1、倒漏斗形罩 2-2和多根不銹鋼絲束2-3組成，所述緊固螺母8與軸肩1-1的上部螺紋連接， 且緊固螺母8的上端面與臺(tái)肩端面4-2之間設(shè)置有多個(gè)定位墊環(huán)6，所述緊固 螺母8的下端面上設(shè)有安裝臺(tái)肩8-1 ，所述U字形鋼絲刷座2-1固裝在安裝臺(tái) 肩8-1上，所述倒漏斗形罩2-2固定在U字形鋼絲刷座2-1上，所述倒漏斗形 罩2-2罩在多根不銹鋼絲束2-3的外側(cè)，且倒漏斗形罩2-2的下邊緣處于多根 不銹鋼絲束2-3的下端的上部，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-l內(nèi)，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 鋼絲刷定位套9與軸肩1-1上部螺紋連接。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖1 圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的倒漏斗 形罩2-2采用不銹鋼、銅或橡膠材料制成。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1 圖2說(shuō)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)。如此設(shè)置，更好的將 水排開(kāi)。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
四結(jié)合圖1 圖2說(shuō)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(zhǎng)度L為lmm 5mm，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。如此設(shè)置，更好的將水排開(kāi)。 其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一或三相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖1 圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的緊固螺 母8與軸肩1-1上部螺紋連接的旋緊方向及鋼絲刷定位套9與緊固螺母8下端 的軸肩1-1上部螺紋連接的旋緊方向與攪拌頭焊接時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向相反。如此設(shè) 置，防止松動(dòng)，工作狀況更好。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1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的每個(gè)定位墊 環(huán)6的厚度為0.01mm 2mm。如此設(shè)置，通過(guò)定位墊環(huán)6進(jìn)行調(diào)整間距，調(diào) 整的精度為0.01mm，實(shí)現(xiàn)鋼絲刷結(jié)構(gòu)體2的縱向調(diào)整。其它組成和連接關(guān)系 與具體實(shí)施方式
一或五相同。
權(quán)利要求
1、一種適于水環(huán)境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭，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(kāi)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，所述攪拌頭還包括鋼絲刷結(jié)構(gòu)體(2)、多個(gè)定位墊環(huán)(6)、緊固螺母(8)和鋼絲刷定位套(9)，所述鋼絲刷結(jié)構(gòu)體(2)由U字形鋼絲刷座(2-1)、倒漏斗形罩(2-2)和多根不銹鋼絲束(2-3)組成，所述緊固螺母(8)與軸肩(1-1)的上部螺紋連接，且緊固螺母(8)的上端面與臺(tái)肩端面(4-2)之間設(shè)置有多個(gè)定位墊環(huán)(6)，所述緊固螺母(8)的下端面上設(shè)有安裝臺(tái)肩(8-1)，所述(U)字形鋼絲刷座(2-1)固裝在安裝臺(tái)肩(8-1)上，所述倒漏斗形罩(2-2)固定在U字形鋼絲刷座(2-1)上，所述倒漏斗形罩(2-2)罩在多根不銹鋼絲束(2-3)的外側(cè)，且倒漏斗形罩(2-2)的下邊緣處于多根不銹鋼絲束(2-3)的下端的上部，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)的下端伸出軸肩(1-1)的底面，所述鋼絲刷定位套(9)與軸肩(1-1)上部螺紋連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種適于水環(huán)境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭， 其特征在于所述倒漏斗形罩(2-2)采用不銹鋼、銅或橡膠材料制成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種適于水環(huán)境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭， 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)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述一種適于水環(huán)境中局部干式攪拌摩擦焊 的攪拌頭，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(zhǎng)度(L)為lmm 5mm，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。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種適于水環(huán)境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭， 其特征在于所述緊固螺母(8)與軸肩(1-1)上部螺紋連接的旋緊方向及鋼絲刷定位套(9)與緊固螺母(8)下端的軸肩(1-1)上部螺紋連接的旋緊方 向與攪拌頭焊接時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向相反。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述一種適于水環(huán)境中局部干式攪拌摩擦焊的攪 拌頭，其特征在于每個(gè)定位墊環(huán)(6)的厚度為0.01mm 2mm。
全文摘要
一種適于水環(huán)境中局部干式攪拌摩擦焊的攪拌頭，它涉及一種攪拌摩擦焊的攪拌頭。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的攪拌摩擦焊攪拌頭無(wú)法適用于水環(huán)境中局部干式焊接的問(wèn)題以及水下焊接需要復(fù)雜的配套設(shè)備和技術(shù)條件，實(shí)現(xiàn)難度較大，電弧及熔滴過(guò)渡的穩(wěn)定性差，水在電弧高溫下的分解將導(dǎo)致焊縫增氫，造成接頭性能的惡化的問(wèn)題。本發(fā)明的緊固螺母與軸肩上部螺紋連接，且緊固螺母的上端面與臺(tái)肩端面之間設(shè)置有定位墊環(huán)，U字形鋼絲刷座固裝在安裝臺(tái)肩上，多根不銹鋼絲束的上端固裝在U字形鋼絲刷座內(nèi)，倒漏斗形罩罩在鋼絲刷的外側(cè)。本發(fā)明克服了現(xiàn)有攪拌摩擦焊攪拌頭水環(huán)境中焊接的不足之處，滿足了水環(huán)境中局部干式焊接的需求，且提高了接頭的性能。
文檔編號(hào)B23K20/26GK101554681SQ20091007203
公開(kāi)日2009年10月14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)