專利名稱：一種針對不同厚度板材的組合式攪拌摩擦焊攪拌頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對不同厚度板材的組合式攪拌摩擦焊攪拌頭，涉及固相焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種針對攪拌摩擦焊不同板厚的組合式攪拌頭的設(shè)計。
背景技術(shù)：
攪拌摩擦焊(FSW)是一種新型的固相連接技術(shù)，具有焊縫質(zhì)量好、熱影響區(qū)殘余應(yīng)力和殘余變形小、焊接溫度低(小于母材熔點)等優(yōu)點。攪拌摩擦焊接方法已獲得世界范圍內(nèi)的專利保護(hù)(W093110935)。FSW技術(shù)依靠高速旋轉(zhuǎn)攪拌頭與兩焊件接觸面產(chǎn)生的摩擦熱，使接縫處金屬產(chǎn)生塑性軟化區(qū)，其中旋轉(zhuǎn)攪拌頭周圍塑性軟化區(qū)金屬受到攪拌、擠壓，以形成塑性金屬流動。攪拌頭是攪拌摩擦焊所采用的一種非消耗的可轉(zhuǎn)動的焊接工具，其主要有軸肩和攪拌針組成。在焊接過程中，攪拌頭具有與其周圍材料摩擦產(chǎn)熱、破碎工件表面氧化層、轉(zhuǎn)移塑性流變材料等作用。因此，攪拌頭是攪拌摩擦焊技術(shù)的核心，其結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理直接影響著摩擦熱源的產(chǎn)生、塑性金屬的流動，決定了攪拌摩擦焊接頭的機械性能，對于攪拌摩擦焊能否在更大范圍內(nèi)的應(yīng)用有著決定性的影響作用。在焊接過程中，攪拌頭與工件相對運動時需要克服很大的阻力，所以攪拌頭的磨損較嚴(yán)重，而目前使用較多的攪拌頭多為一體式結(jié)構(gòu)，磨損后需對整個攪拌頭進(jìn)行更換， 造成材料的浪費和生產(chǎn)成本的增加。且一體式的攪拌頭在對不同厚度的或不同材料的板材進(jìn)行焊接時，需多次拆卸安裝，并重復(fù)對位，導(dǎo)致焊接速度慢，生產(chǎn)效率低。而目前報道的有關(guān)分體組合式攪拌頭的設(shè)計，主要采用的方案有兩種一是在專利US006139985A及 CN101559535中，采用將攪拌針與軸肩分離的方案，簡化了攪拌針磨損后的再制造過程，降低了加工制造成本，但由于攪拌針直徑尺寸很小，導(dǎo)致在焊接時攪拌針與軸肩連接處由于應(yīng)力集中而易發(fā)生斷裂損壞；二是在專利CN101559533中，通過將工作部段與夾持部段分離的方式，在一定程度上解決了攪拌頭焊接不同厚度試樣的問題，但由于工作部段與夾持部段之間配合精度要求較高，不僅加工要求高，而且易造成較大的裝配應(yīng)力，且不易于長時間使用，會產(chǎn)生較大間隙，影響焊接質(zhì)量。根據(jù)對相關(guān)文獻(xiàn)的檢索，尚沒有報道涉及一種組合套筒式的攪拌頭。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種針對不同厚度板材的組合式攪拌摩擦焊攪拌頭，可以降低攪拌頭的加工制造成本，提高焊接不同厚度板材時攪拌頭更換效率。本發(fā)明的思想在于針對不同板厚的組合攪拌摩擦焊攪拌頭，該組合式攪拌頭由中心基體和套筒組成，其中中心基體包括夾持體、擋肩、螺紋連接柱、中心基體軸肩以及中心基體攪拌針。套筒包括套筒夾持部分、螺紋連接孔、套筒軸肩和套筒攪拌針。套筒與中心基體通過螺紋配合連接。中心基體與套筒均為一體成型，且中心基體可作為獨立的攪拌頭對薄板進(jìn)行焊接，套筒外部有兩個互相平行的平面作為套筒夾持部分，用于對套筒進(jìn)行裝卸。螺紋連接柱的外表面有螺紋與螺紋連接孔內(nèi)表面螺紋相配合。套筒針對不同的板材厚度，對應(yīng)有一系列不同的尺寸。技術(shù)方案一種針對不同厚度板材的組合式攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于包括中心基體1 和套筒2 ；所述中心基體1包括夾持體3、擋肩4、螺紋連接柱5、中心基體軸肩6和基體攪拌針7 ；在圓柱型夾持體3的下端為擋肩4，擋肩4的下端為螺紋連接柱5，螺紋連接柱5連接具有斜面結(jié)構(gòu)的中心基體軸肩6，中心基體軸肩6中心設(shè)有基體攪拌針7 ；所述套筒2包括套筒夾持體8、螺紋連接孔9、套筒軸肩10和套筒攪拌針11 ；所述套筒2包括套筒夾持體8， 螺紋連接孔9，套筒軸肩10和套筒攪拌針11 ；套筒夾持8外表面為兩個用于夾持的互相平行的平面，內(nèi)部設(shè)有螺紋連接孔9，螺紋連接孔9下方為具有斜面結(jié)構(gòu)的套筒軸肩10，在套筒軸肩10的中心設(shè)有套筒攪拌針11 ；中心基體1和套筒2的連接關(guān)系為中心基體1同軸插入套筒2中，螺紋連接柱5與螺紋連接孔9上分別有配合的內(nèi)外螺紋，通過螺紋連接柱5 與螺紋連接孔9螺紋配合后中心基體軸肩6與套筒夾持體8連接，基體攪拌針7與套筒攪拌針11同軸連接。所述中心基體攪拌針7和套筒攪拌針11為柱形光頭、柱形螺紋、錐形光頭或錐形螺紋形式。所述中心基體攪拌針7和套筒攪拌針11采用低碳鋼、不銹鋼、高速鋼和高溫合金。當(dāng)中心基體攪拌針7長度為2. 5mm、中心基體軸肩6直徑為8mm時，所述套筒攪拌針11長度變化范圍為4 10mm，套筒軸肩10直徑為8 24mm。有益效果本發(fā)明提出的一種針對不同厚度板材的組合式攪拌摩擦焊攪拌頭，與其他組合式攪拌頭相比，本發(fā)明由攪拌針與套筒為一體化設(shè)計，攪拌針根部的應(yīng)力集中較小，且中心基體與套筒之間采用螺紋連接，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，裝配方便、應(yīng)力小，焊接過程中攪拌頭受力較為均勻，力學(xué)性能較好。此外，在加工過程中，中心基體通用，只需加工一系列不同尺寸參數(shù)的套筒即可，無需加工多個整體的攪拌頭，因而節(jié)省加工材料。在焊接過程中若發(fā)生攪拌頭磨損，僅需對套筒進(jìn)行更換而中心基體仍可繼續(xù)使用。針對不同材料或不同厚度的板材進(jìn)行焊接時，只需更換不同尺寸的套筒，夾持部分及中心基體無需更換，節(jié)約了攪拌頭裝卸時間，提高了焊接效率。同時，中心基體與套筒可以選用異種材料，以適應(yīng)多種材料的焊接。


圖1 中心基體和套筒裝配方式示意圖；圖2 中心基體設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 套筒設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖；圖4:套筒俯視圖；1-中心基體；2-套筒；3-夾持體；4-擋肩；5-螺紋連接柱；6_中心基體軸肩；7_基體攪拌針；8-套筒夾持體；9-螺紋連接孔；10-套筒軸肩；11-套筒攪拌針。
具體實施例方式現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述根據(jù)被焊接材料不同，中心基體攪拌針7和套筒攪拌針11可采用低碳鋼、不銹鋼、 高速鋼以及高溫合金等不同的材料制作，且中心基體1與套筒2材料可不同。中心基體攪拌針7和套筒攪拌針11可為柱形光頭、柱形螺紋、錐形光頭和錐形螺紋等不同形式。本實施例中，中心基體1上的中心基體攪拌針7長度為h = 2. 5mm,中心基體軸肩6直徑為D = 8mm,套筒2上的套筒攪拌針11長度變化范圍為h = 4 10mm，套筒軸肩10直徑可取D = 8 24mm。在中心基體1的螺紋連接柱5與套筒2的螺紋連接孔9上分別有配合的內(nèi)外螺紋，用于中心基體1與套筒2的連接，所用的螺紋直徑為M = 16mm。參照附圖1、圖2、圖3以及圖4。組合攪拌摩擦焊攪拌頭由中心基體1和套筒2兩部分組成，中心基體1和套筒2均為一體成型，兩者通過螺紋配合；中心基體1可單獨作為攪拌頭使用，用于薄板的焊接。本實施例中中心基體1的結(jié)構(gòu)包括夾持體3、擋肩4、螺紋連接柱5、中心基體軸肩 6和基體攪拌針7 ；在圓柱型夾持體3的下端為擋肩4，擋肩4的下端為螺紋連接柱5，螺紋連接柱5連接具有斜面結(jié)構(gòu)的中心基體軸肩6，中心基體軸肩6中心設(shè)有基體攪拌針7 ；所述套筒2包括套筒夾持體8、螺紋連接孔9、套筒軸肩10和套筒攪拌針11。本實施例中套筒2的結(jié)構(gòu)包括套筒夾持體8、螺紋連接孔9、套筒軸肩10和套筒攪拌針11 ；所述套筒2包括套筒夾持體8，螺紋連接孔9，套筒軸肩10和套筒攪拌針11 ；套筒夾持8外表面為兩個用于夾持的互相平行的平面，用于扳手等工具的夾持以方便中心基體 1與套筒2的組合與拆卸；內(nèi)部設(shè)有螺紋連接孔9，螺紋連接孔9下方為具有斜面結(jié)構(gòu)的套筒軸肩10，在套筒軸肩10的中心設(shè)有套筒攪拌針11。本實施例中連接關(guān)系為中心基體1同軸插入套筒2中，螺紋連接柱5與螺紋連接孔9上分別有配合的內(nèi)外螺紋，通過螺紋連接柱5與螺紋連接孔9螺紋配合后中心基體軸肩6與套筒夾持體8連接，基體攪拌針7與套筒攪拌針11同軸連接。
權(quán)利要求
1.一種針對不同厚度板材的組合式攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于包括中心基體(1) 和套筒O)；所述中心基體(1)包括夾持體(3)、擋肩、螺紋連接柱(5)、中心基體軸肩 (6)和基體攪拌針(7)；在圓柱型夾持體C3)的下端為擋肩，擋肩(4)的下端為螺紋連接柱(5)，螺紋連接柱( 連接具有斜面結(jié)構(gòu)的中心基體軸肩(6)，中心基體軸肩(6)中心設(shè)有基體攪拌針(7)；所述套筒( 包括套筒夾持體(8)、螺紋連接孔(9)、套筒軸肩(10)和套筒攪拌針(11)；所述套筒( 包括套筒夾持體(8)，螺紋連接孔(9，套筒軸肩(10和套筒攪拌針(11)；套筒夾持體(8)外表面為兩個用于夾持的互相平行的平面，內(nèi)部設(shè)有螺紋連接孔(9)，螺紋連接孔(9)下方為具有斜面結(jié)構(gòu)的套筒軸肩(10)，在套筒軸肩(10)的中心設(shè)有套筒攪拌針(11)；中心基體(1)和套筒O)的連接關(guān)系為中心基體(1)同軸插入套筒 (2)中，螺紋連接柱( 與螺紋連接孔(9)上分別有配合的內(nèi)外螺紋，通過螺紋連接柱(5) 與螺紋連接孔(9)螺紋配合后中心基體軸肩(6)與套筒夾持體(8)連接，基體攪拌針(7) 與套筒攪拌針(11)同軸連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述針對不同厚度板材的組合式攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于 所述中心基體攪拌針(7)和套筒攪拌針(11)為柱形光頭、柱形螺紋、錐形光頭或錐形螺紋形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述針對不同厚度板材的組合式攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于所述中心基體攪拌針(7)和套筒攪拌針(11)采用低碳鋼、不銹鋼、高速鋼和高溫合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述針對不同厚度板材的組合式攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于當(dāng)中心基體攪拌針(7)長度為2. 5mm、中心基體軸肩(6)直徑為8mm時，所述套筒攪拌針(11)長度變化范圍為4 10mm，套筒軸肩(10)直徑為8 24mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種針對不同厚度板材的組合式攪拌摩擦焊攪拌頭，其特征在于中心基體同軸插入套筒中，螺紋連接柱與螺紋連接孔上分別有配合的內(nèi)外螺紋，通過螺紋連接柱與螺紋連接孔螺紋配合后中心基體軸肩與套筒夾持體連接，基體攪拌針與套筒攪拌針同軸連接。在加工過程中，中心基體通用，只需加工一系列不同尺寸參數(shù)的套筒即可，無需加工多個整體的攪拌頭，因而節(jié)省加工材料。在焊接過程中若發(fā)生攪拌頭磨損，僅需對套筒進(jìn)行更換而中心基體仍可繼續(xù)使用。節(jié)約了攪拌頭裝卸時間，提高了焊接效率。同時，中心基體與套筒可以選用異種材料，以適應(yīng)多種材料的焊接。
文檔編號B23K20/26GK102151979SQ20111010737
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者李文亞, 楊茜, 石祥虎, 蔣若蓉 申請人:西北工業(yè)大學(xué)