本實用新型涉及雙軸肩攪拌摩擦頭氣液聯(lián)合冷卻裝置，屬于焊接領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

自英國焊接研究所(TWI)于1991年實用新型了攪拌摩擦焊接方法以來，這項技術(shù)因其焊接變形小、殘余應(yīng)力小，無需保護(hù)氣體和填充材料，可消除氣孔、夾雜、裂紋等焊接缺陷，不產(chǎn)生弧光、煙塵、噪音污染等，同時能顯著降低成本、節(jié)省材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、減輕飛行器的結(jié)構(gòu)重量等特點受到各國科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注。由于這項技術(shù)具有很多其他方法所不具備的顯著特點，它很快就被用于航天領(lǐng)域，新一代運載火箭芯級貯箱筒段縱縫的焊接就是選用這種方法。盡管利用攪拌摩擦焊接方法可以獲得高質(zhì)量的焊接接頭，但仍然存在很多難點，如攪拌頭在高溫下容易磨損，影響其使用壽命。因此如何降低攪拌頭的工作溫度成了重要的工作。

專利(申請?zhí)?01310139472.0)設(shè)計了專門的攪拌頭和工件冷卻器，攪拌頭冷卻器安裝在被焊接工件保護(hù)器上端，攪拌頭安裝在攪拌頭冷卻器和被焊接工件保護(hù)器之中，冷卻介質(zhì)用于間接冷卻攪拌摩擦頭，且所述冷卻器結(jié)構(gòu)復(fù)雜；專利(申請?zhí)?3134361.9)同樣通過冷卻介質(zhì)間接冷卻攪拌摩擦頭，所設(shè)計的冷卻液系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但顯然這個方法所需要的冷卻裝置較大且適用性不強(qiáng)；此外還有專利(申請?zhí)?01310449604.X)通過固定設(shè)置在主軸頭機(jī)箱的下方冷卻盤來冷卻主軸頭的桿部，但需要多種進(jìn)油管路、出油管路，需要設(shè)計蓄能器和平衡閥，實際上還是一種間接冷卻方法。因此設(shè)計出一種既能最大程度實現(xiàn)攪拌摩擦頭冷卻功能、又能最大程度地避免影響焊接質(zhì)量、又能夠簡單快速操作的冷卻方法和裝置成為了一個迫在眉睫的重要任務(wù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

實用新型目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型提供一種雙軸肩攪拌摩擦頭氣液聯(lián)合冷卻裝置，采用空氣氣流和冷卻液相結(jié)合的方式對攪拌摩擦頭上下軸肩的非焊接部位進(jìn)行冷卻，降低了攪拌摩擦頭的溫度，也間接控制焊接溫度場。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的雙軸肩攪拌摩擦頭氣液聯(lián)合冷卻裝置，該雙軸肩攪拌摩擦頭包含上軸肩和下軸肩，上軸肩與下軸肩之間連接有攪拌針，所述上軸肩沿軸線設(shè)有不通的中心孔，在中心孔底部設(shè)有若干個與中心孔垂直的導(dǎo)氣孔，在中心孔的頂部安裝有導(dǎo)氣扇，焊接過程中隨攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生巨大的下降氣流，強(qiáng)行帶走攪拌頭中心的熱量并從上軸肩下部的導(dǎo)氣孔中排出；所述下軸肩下方安裝有空心錐體，所述空心錐體包含殼體，殼體的底部設(shè)有開口，在殼體內(nèi)壁上設(shè)有螺紋，在下軸肩和殼體上均設(shè)有孔，殼體的下方設(shè)有水槽，開口位于水槽內(nèi)，通過殼體內(nèi)壁的螺紋帶動水槽內(nèi)的冷卻水進(jìn)入到下軸肩上，并通過下軸肩和殼體的孔排出殼體外，高速旋轉(zhuǎn)時冷卻液將沿著空心錐體的螺紋向上爬升通過下軸肩孔中，實現(xiàn)冷卻。

作為優(yōu)選，所述空心錐體與下軸肩之間設(shè)有圓形擋蓋，圓形擋蓋將從下軸肩孔里甩出來的冷卻水擋住后，由于重力冷卻水下回到水槽中。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)氣扇采用釬焊的方式固定于攪拌頭上軸肩中心孔的頂部，使其在焊接過程中隨攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生下降氣流。

作為優(yōu)選，所述空心錐體通過內(nèi)螺紋與下軸肩相配合，并且將圓形擋蓋固定于兩者之間的臺階上，焊接過程中圓形擋蓋和空心錐體隨攪拌頭同步高速旋轉(zhuǎn)；空心錐體相對于下軸肩的旋緊方向與焊接過程中攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向相反，防止焊接過程中圓形擋蓋和空心錐體隨攪拌頭同步高速旋轉(zhuǎn)時脫落。

作為優(yōu)選，所述水槽上部兩側(cè)向內(nèi)彎折，形成窄口，窄口寬超過圓形擋蓋直徑，水槽的深度必須超過攪拌頭的最大行程。

在本實用新型中，該攪拌頭采用了分體式的結(jié)構(gòu)，攪拌頭上軸肩的底部和攪拌頭下軸肩的頂部中心分別加工了內(nèi)螺紋孔，可以通過攪拌針連接起來。攪拌頭上軸肩垂直方向開有中心孔，冷卻液平方向開有交叉型的導(dǎo)氣孔。在中心孔的頂部通過釬焊的方式固定一個三葉導(dǎo)氣扇，注意導(dǎo)氣扇順時針方向高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生垂直向下的空氣推力。焊接過程中，隨著攪拌摩擦頭高速旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)氣扇不斷產(chǎn)生巨大的下降氣流，迫使上軸肩中心孔的高溫氣體向下運動并通過導(dǎo)氣孔排出，同時導(dǎo)氣扇還將不斷吸入攪拌頭上方的低溫氣體，實現(xiàn)攪拌頭上軸肩內(nèi)部氣流的冷熱交替，完成對攪拌頭上軸肩的冷卻。

攪拌摩擦頭下軸肩下端的外螺紋與空心錐體的內(nèi)螺紋相配合。圓形擋蓋固定在下軸肩的臺階上，通過空心錐體鎖緊在下軸肩上。下軸肩的底部還開有4個成90度分布的斜孔。焊接時，空心錐體的底部浸入窄口冷卻液槽內(nèi)的冷卻液中，伴隨攪拌頭的高速旋轉(zhuǎn)，冷卻液沿著空心錐體的內(nèi)螺紋向上爬升，進(jìn)入攪拌頭下軸肩的底部斜孔，對攪拌頭下軸肩進(jìn)行冷卻。冷卻液通過底部斜孔后向上甩出，被圓形擋蓋擋住后在重力的作用下回到窄口冷卻液槽中，接著又被吸入空心錐體，如此往復(fù)實現(xiàn)冷卻液的循環(huán)。

在使用該冷卻裝置時，應(yīng)注意：

(1)在上軸肩中心孔固定導(dǎo)氣扇時，注意其安裝的方向，確保其高速旋轉(zhuǎn)時導(dǎo)氣扇葉片產(chǎn)生垂直向下的空氣推力；

(2)焊接前應(yīng)該往窄口冷卻液槽中注入冷卻液，冷卻液面高度需沒過下軸肩4底部的空心錐體；

(3)安裝攪拌頭下軸肩部位的空心錐體時，需要旋緊，確保圓形擋蓋5被鎖死在下軸肩的臺階上；

(4)在冷卻裝置使用期間，禁止人體裸露部位接近攪拌摩擦頭，以避免被高溫燙傷。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：

(1)這是一種新式的雙軸肩攪拌摩擦頭冷卻液氣冷卻方法和裝置，采用空氣氣流和冷卻液相結(jié)合的方式對攪拌摩擦頭上下軸肩的非焊接部位進(jìn)行冷卻，不僅降低了攪拌摩擦頭溫度，也降低了套筒、攪拌摩擦焊機(jī)機(jī)頭的溫度，改善了設(shè)備運行環(huán)境。

(2)對攪拌摩擦頭進(jìn)行冷卻不僅可以減輕高溫對攪拌摩擦頭的不利影響，還可間接控制焊接溫度場；所排出的冷卻液可以循環(huán)使用，不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。

(3)該攪拌頭不需要添加專門的密封裝置或循環(huán)冷卻液裝置，自身便可實現(xiàn)冷卻液的循環(huán)，減小了制作成本和操作難度，結(jié)構(gòu)簡單、實用性強(qiáng)。該焊具部件較少、成本低廉、容易實現(xiàn)且裝配方便，這對于其推廣與應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為攪拌摩擦頭上軸肩冷卻裝置示意圖；

圖3為攪拌摩擦頭下軸肩冷卻裝置示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作更進(jìn)一步的說明。

如圖1至圖3所示，本實用新型的雙軸肩攪拌摩擦頭氣液聯(lián)合冷卻裝置，該雙軸肩攪拌摩擦頭包含上軸肩2和下軸肩4，上軸肩2與下軸肩4之間連接有攪拌針3，所述上軸肩2沿軸線設(shè)有不通的中心孔2-1，在中心孔2-1底部設(shè)有若干個與中心孔2-1垂直的導(dǎo)氣孔2-2，導(dǎo)氣孔2-2為通孔，在中心孔2-1的頂部安裝有導(dǎo)氣扇1，所述導(dǎo)氣扇1采用釬焊的方式固定于攪拌頭上軸肩中心孔2-1的頂部，使其在焊接過程中隨攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生下降氣流，導(dǎo)氣扇1可采用較窄的三葉螺旋槳葉，焊接過程中隨攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生巨大的下降氣流，強(qiáng)行帶走攪拌頭中心的熱量并從上軸肩2下部的導(dǎo)氣孔2-2中排出；所述下軸肩4下方安裝有空心錐體6，所述空心錐體6包含殼體，殼體的底部設(shè)有開口，在殼體內(nèi)壁上設(shè)有螺紋，在下軸肩4和殼體上均設(shè)有孔，孔為斜孔，殼體的下方設(shè)有水槽7，開口位于水槽7內(nèi)，通過殼體內(nèi)壁的螺紋帶動水槽7內(nèi)的冷卻水進(jìn)入到下軸肩4上，并通過下軸肩4和殼體的孔排出殼體外，所述空心錐體6與下軸肩4之間設(shè)有圓形擋蓋5，圓形擋蓋5將從下軸肩4孔里甩出來的冷卻水擋住后，由于重力冷卻水下回到水槽7中，高速旋轉(zhuǎn)時冷卻液將沿著空心錐體6的螺紋向上爬升通過下軸肩4孔中，實現(xiàn)冷卻。

在本實用新型中，攪拌頭下軸肩4具有底部斜孔4-1、內(nèi)螺紋孔4-2、臺階4-3、外螺紋4-4。所述空心錐體6通過內(nèi)螺紋與下軸肩4相配合，并且將圓形擋蓋5固定于兩者之間的臺階上，焊接過程中圓形擋蓋5和空心錐體6隨攪拌頭同步高速旋轉(zhuǎn)；空心錐體6相對于下軸肩4的旋緊方向與焊接過程中攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向相反，防止焊接過程中圓形擋蓋5和空心錐體6隨攪拌頭同步高速旋轉(zhuǎn)時脫落。所述水槽7上部兩側(cè)向內(nèi)彎折，形成窄口，窄口寬超過圓形擋蓋5直徑，水槽7的深度必須超過攪拌頭的最大行程。

在本實用新型中，攪拌摩擦頭上軸肩2和下軸肩4可采用普通工具鋼或高溫合金鋼或高溫陶瓷制成；攪拌針3可采用鎳基合金制成；圓形擋蓋5、空心錐體6和水槽7可采用普通不銹鋼制成。其中水槽7上部兩側(cè)向內(nèi)彎折，形成窄口，使冷卻液不會飛濺，窄口寬超過圓形擋蓋5直徑，水槽7的深度必須超過攪拌頭的最大行程。

該攪拌摩擦頭采用分體式結(jié)構(gòu)，通過一根兩端帶螺紋的攪拌針3連接上下軸肩4的內(nèi)螺紋孔。攪拌針3中部也加工兩段螺紋，這兩段螺紋的旋向相反，同時指向攪拌針3中心。

攪拌頭下軸肩4的4個斜孔4-1成90度分布，其底部開口應(yīng)該盡量貼近下軸肩4邊緣，便于引入空心錐體6內(nèi)螺紋吸上來的的冷卻液，進(jìn)而對攪拌頭下軸肩44整體進(jìn)行冷卻。

一種上述的雙軸肩攪拌摩擦頭氣液聯(lián)合冷卻裝置的冷卻方法，包括以下步驟：

(1)將攪拌針3兩端旋入攪拌頭上軸肩2和下軸肩4，使之成為一個整體；

(2)將圓形擋蓋5安裝于下軸肩4的臺階上，通過鎖緊空心錐體6將圓形擋蓋5緊固于下軸肩4上；

(4)向攪拌頭下方的水槽7中注入冷卻液，使空心錐體6浸入冷卻液中；

(5)啟動焊機(jī)主電機(jī)，攪拌摩擦頭高速旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)氣扇1開始工作，產(chǎn)生下降氣流對上軸肩2進(jìn)行氣冷；同時空心錐體6的螺紋吸收冷卻液并送入下軸肩4底部孔中，對下軸肩4進(jìn)行冷卻；

(6)整個焊接階段，禁止人體裸露部位靠近攪拌摩擦頭，以免被燙傷，焊接任務(wù)結(jié)束后，待攪拌摩擦頭冷卻至常溫，可拆下攪拌摩擦頭上軸肩2和下軸肩4，檢查下軸肩4斜孔4-1內(nèi)有無積冷卻液，如有則倒掉冷卻液。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。