一種熱塑性塑料攪拌摩擦焊接裝置及焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱塑性塑料攪拌摩擦焊接裝置，包括攪拌頭夾持部、軸肩以及攪拌摩擦使焊件發(fā)熱的攪拌針，軸肩與攪拌針固定構(gòu)成攪拌頭，攪拌頭被攪拌頭夾持部固定，所述焊接裝置還包括固定在所述焊件表面的開口容器以及盛放在所述開口容器里的液體介質(zhì)，所述開口容器與焊件表面的接觸部分密封固定。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、小巧，且便于安裝，能夠有效解決熱塑性塑料攪拌摩擦焊接過程中溫度梯度過大的問題，改善了焊接區(qū)域的溫度場分布；焊接部位材料能夠進行充分混合，優(yōu)化了焊件的成形性能；在焊接過程中及焊后可以有效控制焊件的冷卻速度，提高了熱塑性塑料攪拌摩擦焊焊接接頭的強度。
【專利說明】一種熱塑性塑料攪拌摩擦焊接裝置及焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱塑性塑料的攪拌摩擦焊的焊接裝置及其焊接方法，屬于塑料焊接領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]攪拌摩擦焊是由英國焊接研究所于1991年研究開發(fā)的一種新型固相連接技術(shù)。由于在焊接過程中材料沒有發(fā)生熔化，接頭可以避免氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，獲得的接頭強度高，焊后工件的變形較小，同時焊接過程簡單，成本較低，是一種清潔的加工制造技術(shù)。目前被廣泛應(yīng)用于鋁、鎂等合金的焊接，以及宇航制造工業(yè)、汽車和船舶制造業(yè)等領(lǐng)域，并且在建筑、能源、電力等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]熱塑性塑料由于其高的比強度、良好的韌性等優(yōu)點被廣泛地應(yīng)用于汽車制造等工程領(lǐng)域。近幾年來，將攪拌摩擦焊技術(shù)用于熱塑性塑料的連接引起了很多學(xué)者的關(guān)注，但是由于熱塑性塑料熱導(dǎo)率低，容易引起焊件周圍溫度梯度過大，同時熱塑性塑料凝固時間短，焊接部位材料不易充分混合而形成孔洞，這些缺陷往往導(dǎo)致焊縫成形困難，焊接接頭強度下降，不能滿足工程上的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，在于提供一種優(yōu)化熱塑性塑料攪拌摩擦焊熱場的裝置及焊接方法，該裝置能夠改善焊件的溫度場分布，同時，在焊接過程中及焊后可以有效控制焊件的冷卻速度，提高了焊接接頭的性能。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種熱塑性塑料攪拌摩擦焊接裝置，包括攪拌頭夾持部、軸肩以及攪拌摩擦使焊件發(fā)熱的攪拌針，軸肩與攪拌針固定構(gòu)成攪拌頭，攪拌頭被攪拌頭夾持部固定，所述熱塑性塑料攪拌摩擦焊接裝置還包括固定在所述焊件表面的開口容器以及盛放在所述開口容器里的液體介質(zhì)，所述開口容器與焊件表面的接觸部分密封固定。
[0006]進一步的，所述盛放在開口容器里的液體介質(zhì)為水。
[0007]—種使用所述的熱塑性塑料攪拌摩擦焊接裝置的攪拌摩擦焊接方法，其步驟如下:
步驟1，將所述焊件表面進行去污等預(yù)處理后安裝在工作臺上，并用夾具固定；
步驟2，將所述開口容器固定在焊件表面，并用密封膠固定開口容器與焊件的接觸部分，在開口容器里面盛放所述液體介質(zhì)，使所述攪拌頭以及攪拌頭與焊件攪拌摩擦焊接部位處于所述液體介質(zhì)中；
步驟3，將所述攪拌頭安裝在攪拌摩擦焊機上，并運動到待焊位置；
步驟4，從起點開始焊接，到達終點后結(jié)束焊接，并停止主軸運動，使整個焊接過程在所述液體介質(zhì)中完成；
步驟5，待所述液體介質(zhì)冷卻后將其取出，將焊件取下，完成焊接。[0008]采用上述方案后，本發(fā)明的一種優(yōu)化熱塑性塑料攪拌摩擦焊熱場的裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、小巧，且便于安裝，能夠有效解決熱塑性塑料攪拌摩擦焊接過程中溫度梯度過大的問題，改善了焊接區(qū)域的溫度場分布；焊接部位材料能夠進行充分混合，優(yōu)化了焊件的成形性能；在焊接過程中及焊后可以有效控制焊件的冷卻速度，提高了熱塑性塑料攪拌摩擦焊焊接接頭的強度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的一種熱塑性塑料攪拌摩擦焊接裝置的整體架構(gòu)圖。
[0010]其中:I為攬祥頭夾持部，2為軸肩，3為攬祥針，4為開口各器，5為焊件，A向為攬拌頭的前進方向，B向為攪拌頭的旋轉(zhuǎn)方向。
【具體實施方式】
[0011 ] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細的說明。
[0012]如圖1所示，為一種熱塑性塑料攪拌摩擦焊接裝置的整體架構(gòu)圖，包括攪拌頭夾持部1，軸肩2，攪拌針3，開口容器4，焊件5，攪拌頭的前進方向為A向，攪拌頭的旋轉(zhuǎn)方向為B向。軸肩2與攪拌針3整體成型構(gòu)成攪拌頭，攪拌頭被攪拌頭夾持部I固定在攪拌焊機上，開口容器4固定在焊件5上面，且開口容器4與焊件5的接觸部分用防水密封膠密封，防止焊接過程中盛放在開口容器4中的液體介質(zhì)流出。開口容器4為一個長方形的金屬框架，液體介質(zhì)與金屬框架不會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。
[0013]一種熱塑性塑料攪拌摩擦焊接裝置的焊接過程如下:1)對熱塑性塑料進行預(yù)處理，主要是焊件5表面的脫脂、去污處理等；2)將熱塑性塑料安裝在工作臺上，并用夾具將其固定??；3)將開口容器4固定在焊件5正上方中央位置，開口容器4與焊件5的接觸部分可以用防水密封膠進行密封，并在開口容器4中加入液體介質(zhì)；4)將攪拌頭(包括軸肩2和攪拌針3)安裝在攪拌頭夾持部I上，并將它運動到待焊位置；5)從起點開始焊接，主軸旋轉(zhuǎn)，攪拌針逐漸插入焊件，當(dāng)完全進入后停留3-9s進行預(yù)熱，然后沿焊接方向水平移動，到達終點后結(jié)束焊接，停止主軸運動；6)待液體介質(zhì)冷卻后將它排出，將焊件取下，即完成整個焊接過程。
[0014]以熱塑性塑料和水介質(zhì)為一實施例，所用熱塑性塑料尺寸200_X 200mmX4mm,焊接接頭形式為搭接，攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度為1800r/min，攪拌頭行進速度為45mm/min，下壓量為0.4mm。對熱塑性塑料進行預(yù)處理后，安裝在工作臺上，并用夾具固定；將開口容器固定在熱塑性塑料要焊接一面的中央位置，用防水密封膠密封開口容器與熱塑性塑料的接觸部分，在開口容器中加入水；將攪拌頭安裝在攪拌頭夾持部，并將它運動到待焊位置；從起點開始焊接，使攪拌摩擦焊接過程在水中進行，當(dāng)焊接完成后停止運動；等水冷卻后再將它排出，將熱塑性塑料取下，從而完成熱塑性塑料的焊接過程。
[0015]整個焊接過程在水下進行，明顯改善了焊接區(qū)域的溫度，同時，在焊接過程中及焊后可以有效控制焊接的冷卻溫度，提高了焊接接頭的性能。焊接完成后，未加調(diào)溫裝置的焊件表面由于熱量的分布不均勻，導(dǎo)致表面的材料流失而形成溝槽，表面粗糙；而利用本發(fā)明的一種優(yōu)化熱塑性塑料攪拌摩擦焊熱場的裝置焊接后的焊件表面平整，且焊接比較充分；并且對焊后工件進行拉伸試驗發(fā)現(xiàn)，加調(diào)溫裝置后焊件接頭的拉伸強度為12.3MPa，而未加調(diào)溫裝置的焊件接頭拉伸強度只有9.6MPa。
[0016]以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種熱塑性塑料攪拌摩擦焊接裝置，包括攪拌頭夾持部、軸肩以及攪拌摩擦使焊件發(fā)熱的攪拌針，軸肩與攪拌針固定構(gòu)成攪拌頭，攪拌頭被攪拌頭夾持部固定，其特征在于:所述熱塑性塑料攪拌摩擦焊接裝置還包括固定在所述焊件表面的開口容器以及盛放在所述開口容器里的液體介質(zhì)，所述開口容器與焊件表面的接觸部分密封固定。
2.如權(quán)利要求1所述的一種熱塑性塑料攪拌摩擦焊接裝置，其特征在于:所述盛放在開口容器里的液體介質(zhì)為水。
3.一種攪拌摩擦焊接方法，使用如權(quán)利要求1所述的一種熱塑性塑料攪拌摩擦焊接裝置焊接，其特征在于:所述攪拌摩擦焊接方法步驟如下: 步驟1，將所述焊件表面進行去污等預(yù)處理后安裝在工作臺上，并用夾具固定； 步驟2，將所述開口容器固定在焊件表面，并用密封膠固定開口容器與焊件的接觸部分，在開口容器里面盛放所述液體介質(zhì)，使所述攪拌頭以及攪拌頭與焊件攪拌摩擦焊接部位處于所述液體介質(zhì)中； 步驟3，將所述攪拌頭安裝在攪拌摩擦焊機上，并運動到待焊位置； 步驟4，從起點開始焊接，到達終點后結(jié)束焊接，并停止主軸運動，使整個焊接過程在所述液體介質(zhì)中完成； 步驟5，待所述液體介質(zhì)冷卻后將其取出，將焊件取下，完成焊接。
【文檔編號】B29C65/06GK103660282SQ201310627809
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】沈以赴, 高吉成, 李博 申請人:南京航空航天大學(xué)