專利名稱：一種離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊具的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于技術(shù)材料加工焊接技術(shù)領域，尤其涉及水冷卻攪拌摩擦焊接裝置。
背景技術(shù)：
攪拌摩擦焊(FSW)自1991年TWI發(fā)明以來得到了廣泛的研究和應用，特別是在低熔點易氧化的鋁、鎂及其合金焊接方面優(yōu)勢明顯，并在銅、鈦、復合材料及異種材料的焊接等領域得到廣泛研究與推廣應用。但是攪拌摩擦焊接過程實質(zhì)是一個不均勻、不穩(wěn)定、動態(tài)的熱力學、塑性流變學和傳熱、傳質(zhì)與相變過程，從根本上導致接頭溫度、流變、組織和性能的非對稱、非均勻和非連續(xù)性，從而使接頭多因“弱連接”而破壞并導致接頭強度系數(shù)下降。為了解決“弱連接”現(xiàn)象，有很多學者和研究人員研究通過水浸或水霧冷卻的措施來給焊縫降溫，從而提高了 FSW焊接各層的強度、硬度及整體均勻性；或采用動態(tài)控制低應力無變形焊接法原理，涉及水霧化熱沉系統(tǒng)，一定程度上控制FSW過程的熱塑性應力應變場。但水浸和水霧冷卻都存在不足之處，那就是使焊接操作變得更加復雜，更為嚴重的是易產(chǎn)生吸氫缺陷和腐蝕，影響了焊接接頭質(zhì)量。因此尋找一種既能發(fā)揮水冷卻效果、又能避免吸氫缺陷和腐蝕的措施或裝置，成為了一個新的重要任務。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊具，該摩擦焊具通過形成漩渦中心將冷卻水排出焊接區(qū)域從而形成半干式的焊接環(huán)境。 技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊具，包括攪拌頭和圓筒，所述圓筒與攪拌頭的夾持端固接，并套在攪拌頭外周圍能隨攪拌頭進行旋轉(zhuǎn)；同時圓筒與攪拌頭的中心軸線相互平行且不重合。進一步改進，所述圓筒上端固設有十字形支撐架，該支撐架上設有齒形定位槽，齒形定位槽中設有多個用于安裝攪拌頭夾持端的定位槽。通過支撐架上不同位置的定位槽，從而可以實現(xiàn)圓筒與攪拌頭中心軸線之間的距離可調(diào)，進而獲得最佳的漩渦中心有效的提聞焊接環(huán)境。進一步的，所述齒形定位槽的各齒為圓弧狀，且圓弧半徑與攪拌頭夾持端的半徑相同。進一步改進，所述圓筒的底部設有離心刷，該離心刷呈喇叭口向外分布。離心刷呈喇叭口向外圍分布，用于高速旋轉(zhuǎn)時，既對冷卻水起攪動作用從而產(chǎn)生漩渦；更為重要的是，利用離心力，將殘留在圓筒內(nèi)的水甩出去，從而徹底排出焊接區(qū)域內(nèi)的冷卻水；由于離心刷始終與冷卻水接觸，同時由于離心刷離焊接中心有一段距離，因此不會因為焊接區(qū)高溫而影響離心刷的質(zhì)地。
進一步的，所述離心刷與圓筒圓筒同步旋轉(zhuǎn)，且焊接時與焊件表面保持接觸。有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:利用攪拌摩擦焊具自身的裝置即可在焊接位置附近形成局部空氣環(huán)境；形成的局部空氣環(huán)境可有效避免水分進入焊縫，進一步提高焊接質(zhì)量；結(jié)構(gòu)簡單、實用性強。該離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊具部件較少、成本低廉、容易實現(xiàn)且裝配方便，這對于其推廣與應用具有重要的現(xiàn)實意義。


圖1為本發(fā)明所述離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊具的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明所述支撐架的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，攪拌頭1、圓筒2、支撐架3、離心刷4、齒形定位槽5、定位槽6、螺母7、焊件
8、液面9。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。如圖1 2所示，一種離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊具，由攪拌頭1、圓筒2和離心刷4組成。其中，圓筒2上端內(nèi)壁固定有十字形的支撐架3，該支撐架3上設置有齒形定位槽5，齒形定位槽5中設有4個定位槽6。所述攪拌頭I的夾持端穿過支撐架3上齒形定位槽5中的定位槽6并豎直設置，然后利用套在攪拌頭I最外端的螺母7將支撐架3壓緊固定。由于齒形定位槽5中的所有定位槽6中心與圓筒2的中心軸線不重合，因此攪拌頭I的中心軸線與圓筒2的中心軸線平行但不重合。另外通過調(diào)整攪拌頭I在齒形定位槽5中的不同定位槽6的安裝，就能實現(xiàn)圓筒2和攪拌頭I的中心軸線之間距離的調(diào)整，進而獲得最佳的漩渦強度。由于圓筒2與攪拌頭I的中心軸線不重合，圓筒2、離心刷4攪動冷卻水，使冷卻水產(chǎn)生了一定強度的漩渦，從而使漩渦中心的大部分冷卻水逐漸被排出圓筒2，最后在圓筒2底部的離心毛刷進一步旋轉(zhuǎn)甩動的作用下，即可在焊接位置附近形成局部空氣環(huán)境，從而在攪拌摩擦頭周圍形成了一個局部干式環(huán)境。所述離心刷4安裝于圓筒2的下部，呈喇叭口向外圍分布，用于高速旋轉(zhuǎn)時，既對冷卻水起攪動作用從而產(chǎn)生漩渦。更為重要的是，利用離心力，將殘留在圓筒2內(nèi)的水甩出去，從而徹底排出焊接區(qū)域內(nèi)的冷卻水；由于離心刷4始終與冷卻水接觸，同時由于離心刷4離焊接中心有一段距離，因此不會因為焊接區(qū)高溫而影響離心刷4的質(zhì)地。而離心刷4外圓范圍以外的被焊工件則被浸入水中進行冷卻；所形成的局部空氣環(huán)境，可有效避免水分進入焊縫，以保證焊接過程的可靠進行，從而形成了離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊接方式。圓筒2的安裝應滿足以下條件: 使圓筒2的下端略高于攪拌摩擦頭底部的位置，以避免圓筒2在焊接過程中與焊件8接觸而磨損；圓筒2的上部通過螺釘與支撐架3固定連接。該攪拌摩擦焊具在工作時，浸入水中的部分不能過淺，以液面9略超過圓筒2高度的2/3為宜，原因在于浸入液面9過淺，盡管攪拌頭I會高速旋轉(zhuǎn)，但會使冷卻水飛濺且難以形成一定強度的漩渦。該攪拌摩擦焊具能夠適應不同的轉(zhuǎn)速和旋向。在焊接前，要避免圓筒2與焊件8接觸，但同時需要離心刷4與焊件8接觸，攪拌頭I開始旋轉(zhuǎn)后，必須等待一段時間，待漩渦形成、圓筒2內(nèi)冷卻水已排干，預熱一段時間之后，方可開始正式焊接。由于攪拌摩擦焊時，焊接區(qū)的溫度很高(可達到600度)，殘留在焊件8上圓筒半徑范圍內(nèi)的水滴被迅速汽化，從而保證焊接區(qū)域內(nèi)保持干燥的空氣環(huán)境。本發(fā)明的攪拌摩擦焊具準備焊接的主要流程與步驟:
(1)離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊具的安裝；
(2)將焊件8固定于水中，在水中的深度以液面9略超過圓筒2高度的2/3為宜；
(3)啟動焊機主電機，使攪拌摩擦焊具旋轉(zhuǎn)；
(4)當圓筒2中水被排空后，可以正式開始焊接；
(5)焊接結(jié)束后，為了防止冷卻太快導致攪拌摩擦頭粘在被焊工件上，需要逐漸提升并繼續(xù)旋轉(zhuǎn)攪拌摩擦焊 具，一段時間后，停止旋轉(zhuǎn)焊接結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊具，其特征在于:包括攪拌頭和圓筒，所述圓筒與攪拌頭的夾持端固接，并套在攪拌頭外周圍能隨攪拌頭進行旋轉(zhuǎn)；同時圓筒與攪拌頭的中心軸線相互平行且不重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊具，其特征在于:所述圓筒上端固設有十字形支撐架，該支撐架上設有齒形定位槽，齒形定位槽中設有多個用于安裝攪拌頭夾持端的定位槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊具，其特征在于:所述齒形定位槽的各齒為圓弧狀，且圓弧半徑與攪拌頭夾持端的半徑相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊具，其特征在于:所述圓筒的底部設有尚心刷，該尚心刷呈喇機口向外分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊具，其特征在于:所述離心刷與圓筒同步旋轉(zhuǎn)，且焊 接時與焊件表面保持接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊具，包括攪拌頭和圓筒，所述圓筒與攪拌頭的夾持端固接，并套在攪拌頭外周圍能隨攪拌頭進行旋轉(zhuǎn)；同時圓筒與攪拌頭的中心軸線相互平行且不重合。本發(fā)明利用攪拌摩擦焊具自身的裝置即可在焊接位置附近形成局部空氣環(huán)境；形成的局部空氣環(huán)境可有效避免水分進入焊縫，進一步提高焊接質(zhì)量；結(jié)構(gòu)簡單、實用性強。該離心排水-半干式水下攪拌摩擦焊具部件較少、成本低廉、容易實現(xiàn)且裝配方便，這對于其推廣與應用具有重要的現(xiàn)實意義。
文檔編號B23K20/12GK103223552SQ201310155730
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者陳書錦, 吳云凱, 胥國祥, 胡曉晴 申請人:江蘇科技大學