專利名稱：摩擦攪拌焊的攪拌頭、其使用方法及其被焊物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種摩擦攪拌焊的攪拌頭及使用方法，尤指攪拌頭中心偏離摩擦棒 中心，且攪拌頭表面設(shè)呈錐狀及錐狀表面螺紋狀溝槽，使其摩擦攪拌焊后無缺陷。
背景技術(shù)：
參閱圖l所示，為現(xiàn)有習(xí)用摩擦攪拌焊接的示意圖，摩擦攪拌焊接是利用摩擦 熱作為焊接熱源，摩擦攪拌焊接過程是由一個圓柱體的攪拌頭l l伸入焊接工件12的接縫l 2 l處，透過摩擦棒l 3與攪拌頭1 l的高速旋轉(zhuǎn)，使摩擦棒l 3、 攪拌頭l l與焊接工件l 2摩擦，進(jìn)而使焊接工件l 2的材料溫度升高而軟化，同 時對工件l 2的材料進(jìn)行攪拌摩擦而完成焊接。焊接過程中，摩擦棒l 3高速旋轉(zhuǎn) 同時邊沿工件1 2的接縫1 2 1與工件1 2相對移動。摩擦棒1 3的攪拌頭1 1伸 進(jìn)材料內(nèi)部進(jìn)行摩擦生熱和攪拌，摩擦棒l 3的軸肩1 3 l與焊接工件l 2表面摩 擦生熱，并用以防止塑性狀態(tài)的材料的溢出。惟，其現(xiàn)有習(xí)用的摩擦攪拌焊接，仍存在有缺失為現(xiàn)有習(xí)用的摩擦攪拌焊， 藉由摩擦棒l 3的摩擦與攪拌頭1 l的深入摩擦與攪拌，以達(dá)到焊接的目的，但因 摩擦棒1 3與攪拌頭1 1垂直工件一邊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)摩擦且一邊行進(jìn)，如此造成現(xiàn)有習(xí) 用摩擦攪拌焊的焊后會有明顯缺陷，當(dāng)摩擦棒l 3旋轉(zhuǎn)方向為逆時針旋轉(zhuǎn)時，缺陷 1 4 0發(fā)生在攪拌頭1 l行進(jìn)軌跡的右側(cè)(如圖2所示)，而當(dāng)摩擦棒l 3旋轉(zhuǎn)方 向為順時針旋轉(zhuǎn)時，缺陷1 4 1發(fā)生在攪拌頭1 1行進(jìn)軌跡的左側(cè)(如圖3所示)。因為現(xiàn)有習(xí)用的摩擦攪拌焊接，有焊接品質(zhì)不良的問題，于是后來有傾斜摩擦 棒的特殊加工機(jī)被開發(fā)出來提供使用，該傾斜摩擦棒的特殊加工機(jī)雖可消除焊接缺 陷，但傾斜角度在直線前進(jìn)沒有問題，而圓弧度或后退就必需利用特殊的夾治具與 加工機(jī)構(gòu)以維持固定的傾斜角，方能避免焊后缺陷。為此，本發(fā)明的發(fā)明人開發(fā)出摩擦棒前端的攪拌頭中心軸線偏離摩擦棒中心軸 線，如此施以高速旋轉(zhuǎn)的摩擦攪拌焊后，雖然可以使工件攪拌接合區(qū)內(nèi)的缺陷減少, 且前進(jìn)后退或圓弧度的焊接都可以進(jìn)行，得以不須再利用機(jī)構(gòu)以維持固定的傾斜 角，但仍難免有部分缺陷的產(chǎn)生。是以，針對上述現(xiàn)有習(xí)知結(jié)構(gòu)所存在的問題點，如何開發(fā)出一種更具理想實用 性的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，實消費者所殷切企盼，亦系相關(guān)業(yè)者須努力研發(fā)突破的目標(biāo)及方向。有鑒于此，發(fā)明人本于多年從事相關(guān)產(chǎn)品的制造開發(fā)與設(shè)計經(jīng)驗，針對上述的 目標(biāo)，詳加設(shè)計與審慎評估后，終得一確具實用性的本發(fā)明。發(fā)明內(nèi)容欲解決的技術(shù)問題點雖現(xiàn)有習(xí)知的摩擦攪拌焊具有相當(dāng)多的優(yōu)點，但當(dāng)摩擦 攪拌焊接所用的加工軸逆時針旋轉(zhuǎn)時，會有缺陷發(fā)生于旋轉(zhuǎn)加工軸的攪拌頭行進(jìn)軌 跡的右邊。當(dāng)旋轉(zhuǎn)加工軸順時針旋轉(zhuǎn)時，會有缺陷發(fā)生于旋轉(zhuǎn)加工軸的攪拌頭行進(jìn) 軌跡的左邊。故現(xiàn)有習(xí)用的摩擦攪拌焊容易產(chǎn)生焊接品質(zhì)不良或焊接缺陷的問題， 而利用傾斜角度克服，則因傾斜角度要固定的二度至五度，且傾斜方向與行進(jìn)方向 相反，行進(jìn)方向配合接合線的I形接合線，U形接合線、S形接合線、M形接合線、 圓形接合線、及螺旋接合線等多種形式與形狀改變，造成圓弧度或后退就必需利用 特殊的夾治具與加工機(jī)構(gòu)，以維持固定的傾斜角。即現(xiàn)有習(xí)用的傾斜摩擦攪拌焊， 主要將攪拌頭與摩擦棒所構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)加工軸，于旋轉(zhuǎn)行進(jìn)方向與傾斜方向相反，且 傾斜角度以二度至五度不等，以期能改善缺陷，但因接合線形狀不一，可為直線、 曲線、U形、S形、M形、圓形及螺旋等多種形式與形狀，隨時保持旋轉(zhuǎn)行進(jìn)方向 與傾斜方向相反，且傾斜角度以二度至五度不等是有困難的或不容易的，也使得缺 陷仍會發(fā)生，除非使用特殊的夾治具與加工機(jī)構(gòu)，維持角度固定，方能避免焊接缺 陷。本發(fā)明的目的在于提供一種摩擦攪拌焊的攪拌頭，其無須采用特殊加工機(jī)、不 用傾斜加工軸，加工過程不用考慮焊接線形式變化的問題，也不會有缺陷產(chǎn)生，使 摩擦攪拌焊應(yīng)用不會受限。本發(fā)明的另一 目的在于提供一種摩擦攪拌焊的攪拌頭的使用方法，其無須采用 特殊加工機(jī)、不用傾斜加工軸，加工過程不用考慮焊接線形式變化的問題，也不會 有缺陷產(chǎn)生，使摩擦攪拌焊應(yīng)用不會受限。本發(fā)明的摩擦攪拌焊的攪拌頭，包含有攪拌頭設(shè)于摩擦棒的前端；該攪拌頭與 摩擦棒的中心軸線間，形成一設(shè)定偏心距離的偏心形態(tài)，且攪拌頭設(shè)呈錐狀，及錐 狀攪拌頭表面設(shè)螺紋狀溝槽，使摩擦棒旋轉(zhuǎn)時，具螺紋狀溝槽的錐狀攪拌頭呈偏心 旋轉(zhuǎn)。上述的摩擦攪拌焊的攪拌頭，其中該螺紋狀溝槽的設(shè)置為在6ram長度內(nèi)至少三 條溝槽。本發(fā)明的使用于如摩擦攪拌焊的攪拌頭的被焊物，該被焊物包括一工件本體及 一結(jié)合件，該結(jié)合件借著偏心的攪拌頭，且該攪拌頭為具螺紋狀溝槽錐狀攪拌頭的 摩擦攪拌焊結(jié)合于所述工件本體。上述的使用于如摩擦攪拌焊的攪拌頭的被焊物，其中該被焊物為塑膠、金屬或合金材料。本發(fā)明的如前所述摩擦攪拌焊的攪拌頭的使用方法，其包括如下步驟 a.設(shè)具垂直的加工軸摩擦棒設(shè)于垂直的加工軸；b .設(shè)具錐狀攪拌頭摩擦棒前端設(shè)錐狀攪拌頭，錐狀攪拌頭中心軸線偏離摩 擦棒中心軸線，錐狀攪拌頭表面設(shè)有螺紋狀溝槽；C .摩擦攪拌焊的加壓旋轉(zhuǎn)并移動加工軸加壓旋轉(zhuǎn)并移動，使旋轉(zhuǎn)的摩擦棒 與偏心旋轉(zhuǎn)的具螺紋狀溝槽的錐狀攪拌頭移動悍接。上述的摩擦攪拌焊的攪拌頭的使用方法，其中該具錐狀攪拌頭的摩擦棒安裝于非呈特定角度的摩擦攪拌焊加工機(jī)上。本發(fā)明的摩擦攪拌焊的攪拌頭的使用方法，其中工件本體與結(jié)合件藉由摩擦棒 與偏心的具螺紋狀溝槽的錐狀攪拌頭旋轉(zhuǎn)插入的偏心摩擦攪拌焊接結(jié)合，該錐狀攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向是使塑性材料被螺紋狀溝槽往下推的旋向。解決問題的技術(shù)特點本發(fā)明提供一種摩擦攪拌焊的攪拌頭及使用方法，其中 該加工軸摩擦棒的前端設(shè)有攪拌頭，加工軸、摩擦棒與攪拌頭均垂直于工件本體， 且攪拌頭中心軸線偏離摩擦棒中心軸線，攪拌頭并設(shè)成錐狀攪拌頭，而錐狀攪拌頭 表面設(shè)有螺紋狀溝槽，該螺紋狀溝槽于6mm范圍至少三條以上，溝槽深度淺，如此 在摩擦攪拌焊的使用上僅系摩擦棒與攪拌頭的改變，無須采用特殊加工機(jī)、不用傾 斜加工軸，所以加工過程不用考慮焊接線形式變化的問題，也不會有缺陷產(chǎn)生，使 摩擦攪拌焊應(yīng)用不會受限。對照先前技術(shù)，本發(fā)明的功效為1. 本發(fā)明摩擦攪拌焊的攪拌頭及使用方法，其保有一般摩擦攪拌焊的摩擦接 合方式，但具有加工軸保持垂直的特性，使得加工焊接后無明顯的悍接缺陷，且無 需使用特殊加工機(jī)。2. 本發(fā)明摩擦攪拌焊的攪拌頭及使用方法，得以改善一般垂直加工軸摩擦攪拌焊會產(chǎn)生明顯焊接缺陷的問題，使得焊后無缺陷。3. 本發(fā)明無需設(shè)定傾斜角度如二度至五度，所以也無需考慮焊接線的形式變化時，傾斜方向需要配合調(diào)整的問題，操作上較傾斜方式者節(jié)省了相當(dāng)多的調(diào)校時 間，而現(xiàn)有習(xí)用傾斜角度加工軸，在加工圓弧度或后退加工，就必需利用特殊的夾 治具與加工機(jī)構(gòu)，以維持固定的傾斜角。本發(fā)明則完全沒有此一顧慮。4 .現(xiàn)有習(xí)用加工垂直的摩擦攪拌焊如果逆時針旋轉(zhuǎn)會于攪拌頭行進(jìn)軌跡的右 側(cè)產(chǎn)生缺陷，而如果順時針旋轉(zhuǎn)會于攪拌頭行進(jìn)軌跡的左側(cè)產(chǎn)生缺陷，無法避免， 而本發(fā)明則得以有效改善此一 問題。有關(guān)本發(fā)明所采用的技術(shù)、手段及其功效，茲舉一較佳實施例并配合圖式詳細(xì) 說明于后，相信本發(fā)明上述的目的、構(gòu)造及特征，當(dāng)可由之得一深入而具體的了解。


圖l:是現(xiàn)有習(xí)用摩擦攪拌焊的實施狀態(tài)示意圖。 圖2:是現(xiàn)有習(xí)用摩擦攪拌焊的逆時針旋轉(zhuǎn)焊接示意圖。 圖3:是現(xiàn)有習(xí)用摩擦攪拌焊的順時針旋轉(zhuǎn)焊接示意圖。 圖4:是本發(fā)明摩擦攪拌焊的加工軸立體示意圖。 圖5:是本發(fā)明的摩擦攪拌焊攪拌頭一例的平面圖。 圖6:是本發(fā)明的摩擦攪拌焊攪拌頭另一例的平面圖。 圖7:是本發(fā)明的摩擦攪拌焊實施狀態(tài)示意圖。 圖8:是本發(fā)明摩擦攪拌焊的流程示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種摩擦攪拌焊的攪拌頭及使用方法，參閱圖4、圖5、圖6所示， 該摩擦攪拌焊的攪拌頭為
一加工軸2垂直于工件本體3 (如圖7所示)，加工軸2朝向工件本體3的端 部設(shè)成一摩擦棒2 1,并使該摩擦棒2 l與加工軸2形成同心，摩擦棒2 l的朝工 件本體3的端面形成軸肩2 2 ，該軸肩2 2上則凸設(shè)有一攪拌頭2 3 ，并使摩擦棒 2 l與攪拌頭2 3均垂直于工件本體3，而攪拌頭2 3與摩擦棒2 1的中心軸線 間，形成一設(shè)定偏心距離s的偏心形態(tài)(如圖4所示)，攪拌頭2 3設(shè)成錐狀攪拌 頭2 3，使其阻力減小，而錐狀攪拌頭2 3的表面并設(shè)有螺紋狀溝槽2 3 1 ，螺紋 狀溝槽2 3 1以淺溝槽為佳，而且在6mm距離至少有三條溝槽，并以三條以上的溝 槽效果更佳。該螺紋狀溝槽2 3 l為梯形溝槽2 3 1 a (如圖5所示)，或近三角 形溝槽2 3 1 b (如圖6所示)，而其溝槽均以淺溝槽為佳，且攪拌頭2 3的旋向 與螺紋狀溝槽2 3 l進(jìn)給方向相反，藉此可將塑性狀態(tài)材料往下推，以補(bǔ)充悍接底 部空洞部分，避免焊接底部缺陷的產(chǎn)生。
參閱圖7所示，摩擦攪拌焊是錐狀攪拌頭2 3伸入工件本體3的接縫3 l處， 錐狀攪拌頭2 3 表面并形成有螺紋狀溝槽2 3 1，如此透過摩擦棒2 1與錐狀攪 拌頭2 3的高速旋轉(zhuǎn)，使摩擦棒2 1、錐狀攪拌頭2 3與焊接工件本體3摩擦，進(jìn)
而使焊接部位的材料溫度升高而軟化，軟化同時對材料進(jìn)行攪拌摩擦而完成焊接。 焊接過程中，摩擦棒2 1高速旋轉(zhuǎn)同時邊沿工件本體3的接縫3 1與工件本體3相 對移動。摩擦棒2 l的錐狀攪拌頭2 3則伸進(jìn)材料內(nèi)部進(jìn)行摩擦和攪拌，摩擦棒 21的軸肩2 2與工件本體3表面摩擦生熱，并用以防止塑性狀態(tài)的材料的溢出。 由于該錐狀攪拌頭2 3與摩擦棒2 1間呈偏心，且具螺紋狀溝槽2 3 1 ，所以摩擦 攪拌并移動的過程中，其錐狀攪拌頭2 3高速旋轉(zhuǎn)并行進(jìn)時，阻力較小，且行進(jìn)路 線類似螺旋，而使攪拌方式可在第一次經(jīng)過時產(chǎn)生缺陷，但再次經(jīng)過時可將之抹平，依序的抹平過程中，會留下最后一道缺陷，但該最后一道缺陷可以利用凸板方式處 理，即摩擦攪拌焊的停止位置設(shè)在凸板上，如此缺陷只會在凸板上產(chǎn)生，其后只要 加工去除多余的凸板，即可得一完美無缺陷的焊接成品，此部分解決了側(cè)邊的問題， 而底部的問題則可藉由螺紋狀溝槽2 3 1可以將塑性狀態(tài)的材料往下推，塑性材料
流動過程可以填滿底部及底部與側(cè)面交界的邊角處最易產(chǎn)生缺陷處，使得缺陷問題 可以有效解決者。
參閱圖8所示，該摩擦攪拌焊的攪拌頭使用方法，其方法為 a.設(shè)具垂直的加工軸摩擦棒設(shè)于垂直的加工軸；
b .設(shè)具偏心錐狀攪拌頭摩擦棒前端設(shè)錐狀攪拌頭，錐狀攪拌頭中心軸線偏 離摩擦棒中心軸線，錐狀攪拌頭表面并設(shè)有螺紋狀溝槽；
C .摩擦攪拌焊的加壓旋轉(zhuǎn)并移動加工軸加壓旋轉(zhuǎn)并移動，使旋轉(zhuǎn)的摩擦棒 與偏心旋轉(zhuǎn)的錐狀攪拌頭移動焊接；
藉此，錐狀攪拌頭的摩擦攪拌并移動的路徑不是直線，且可推動塑性材料流動 填充空隙處，因此得以避免缺陷產(chǎn)生。
該a步驟更包括垂直于加工軸的摩擦棒提供使用，得以普及的摩擦攪拌焊加工 機(jī)更換偏心及具螺紋狀溝槽的錐狀攪拌頭的摩擦棒，即可克服不同形式的焊接軌跡 與焊接路徑，無需特別改變摩擦攪拌焊的加工機(jī)本身。
該a步驟更包括垂直于加工軸的摩擦棒提供使用，得配合普及的摩擦攪拌焊加 工機(jī)使用，無需使用呈特殊角度的特殊摩擦攪拌焊加工機(jī)。
該c步驟旋轉(zhuǎn)的方向為螺紋狀溝槽可將塑性材料往底部方向推動的旋向。
一摩擦棒，該摩擦棒的前端設(shè)一具螺紋狀溝槽的錐狀攪拌頭，該攪拌頭與摩擦 棒的中心軸線間，系形成一設(shè)定偏心距離的偏心形態(tài)，使摩擦棒旋轉(zhuǎn)時，具螺紋狀 溝槽的錐狀攪拌頭呈偏心旋轉(zhuǎn)。
一被焊物，被焊物包括一工件本體3及一結(jié)合件3 a (如圖7所示)，該結(jié)合 件3 a借著偏心攪拌頭的摩擦攪拌焊結(jié)合于工件本體3 。
一被焊物，該被焊物為塑膠、金屬或合金材料組成的群組，或任何可被摩擦加 熱而塑化的物品。
該工件本體與結(jié)合件藉由摩擦棒與偏心的具螺紋狀溝槽的錐狀攪拌頭旋轉(zhuǎn)垂 直插入的偏心摩擦攪拌焊接結(jié)合，當(dāng)該摩擦棒與偏心的具螺紋狀溝槽的錐狀攪拌頭 焊接路徑經(jīng)過直線或曲線時，仍能隨時保持垂直狀態(tài)。
本發(fā)明功效增進(jìn)之處如下
其一、本發(fā)明的摩擦攪拌焊的攪拌頭及使用方法，其改變僅在摩擦棒與攪拌頭， 完全不影響加工機(jī)本身，與現(xiàn)有習(xí)用作法藉由特殊專用機(jī)方能傾斜加工軸作摩擦攪 拌焊，顯有不同，本發(fā)明更利于實施。其二、本發(fā)明的摩擦攪拌悍的攪拌頭及使用方法，其具有偏心攪拌頭消除焊接 左側(cè)或焊接右側(cè)的缺陷，錐狀攪拌頭可以減低阻力，而具螺紋狀溝槽的錐狀攪拌頭 可以消除焊接底部及底部邊角的缺陷。
前文系針對本發(fā)明的較佳實施例為本發(fā)明的技術(shù)特征進(jìn)行具體的說明；惟，熟 悉此項技術(shù)的人士當(dāng)可在不脫離本發(fā)明的精神與原則下對本發(fā)明進(jìn)行變更與修改， 而該等變更與修改，皆應(yīng)涵蓋于如下申請專利范圍所界定的范疇中。
權(quán)利要求
1.一種摩擦攪拌焊的攪拌頭，包含有攪拌頭設(shè)于摩擦棒的前端；其特征在于該攪拌頭與摩擦棒的中心軸線間，形成一設(shè)定偏心距離的偏心形態(tài)，且攪拌頭設(shè)呈錐狀，及錐狀攪拌頭表面設(shè)螺紋狀溝槽，使摩擦棒旋轉(zhuǎn)時，具螺紋狀溝槽的錐狀攪拌頭呈偏心旋轉(zhuǎn)。
2 .如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌焊的攪拌頭，其特征在于其中該螺紋狀溝 槽的設(shè)置為在6mm長度內(nèi)至少三條溝槽。
3. —種使用于如摩擦攪拌焊的攪拌頭的被焊物，其特征在于該被焊物包括 一工件本體及一結(jié)合件，該結(jié)合件借著偏心的攪拌頭，且該攪拌頭為具螺紋狀溝槽 錐狀攪拌頭的摩擦攪拌焊結(jié)合于所述工件本體。
4 .如權(quán)利要求3所述的使用于如摩擦攪拌焊的攪拌頭的被悍物，其特征在于其中該被焊物為塑膠。
5 .如權(quán)利要求3所述的使用于如摩擦攪拌焊的攪拌頭的被焊物，其特征在于其中該被焊物為金屬。
6 .如權(quán)利要求3所述的使用于如摩擦攪拌焊的攪拌頭的被焊物，其特征在于其中該被焊物為合金材料。
7. —種如權(quán)利要求1所述摩擦攪拌焊的攪拌頭的使用方法，其特征在于其 包括如下步驟a.設(shè)具垂直的加工軸摩擦棒設(shè)于垂直的加工軸；b .設(shè)具錐狀攪拌頭摩擦棒前端設(shè)錐狀攪拌頭，錐狀攪拌頭中心軸線偏離摩 擦棒中心軸線，錐狀攪拌頭表面設(shè)有螺紋狀溝槽；C .摩擦攪拌焊的加壓旋轉(zhuǎn)并移動加工軸加壓旋轉(zhuǎn)并移動，使旋轉(zhuǎn)的摩擦棒 與偏心旋轉(zhuǎn)的具螺紋狀溝槽的錐狀攪拌頭移動焊接。
8. 如權(quán)利要求7所述的摩擦攪拌焊的攪拌頭的使用方法，其特征在于其中 該具錐狀攪拌頭的摩擦棒安裝于非呈特定角度的摩擦攪拌焊加工機(jī)上。
9 . 一種摩擦攪拌焊的攪拌頭的使用方法，其特征在于工件本體與結(jié)合件藉 由摩擦棒與偏心的具螺紋狀溝槽的錐狀攪拌頭旋轉(zhuǎn)插入的偏心摩擦攪拌焊接結(jié)合， 該錐狀攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向是使塑性材料被螺紋狀溝槽往下推的旋向。
全文摘要
一種摩擦攪拌焊的攪拌頭、其使用方法及其被焊物，系先前研發(fā)的偏心攪拌頭仍有未盡完善處，特研發(fā)出本發(fā)明，藉由摩擦棒前端的攪拌頭中心點偏離摩擦棒中心點，且攪拌頭為錐狀攪拌頭，錐狀攪拌頭表面設(shè)螺紋狀溝槽，如此施以高速旋轉(zhuǎn)的摩擦攪拌焊后，可確保焊后工件攪拌接合區(qū)內(nèi)不會產(chǎn)生缺陷，且前進(jìn)后退或圓弧度的焊接都可順利達(dá)成，得以不須再利用機(jī)構(gòu)以維持固定的傾斜角，以避免焊接缺陷。
文檔編號F16B5/00GK101406987SQ20071016350
公開日2009年4月15日 申請日期2007年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月12日
發(fā)明者侯光華, 周繼榮, 林文雄 申請人:和儀科技有限公司