專利名稱：能增強(qiáng)攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能的攪拌頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接工具，尤其是一種摩擦焊攪拌頭，具體地說(shuō)一種可以提高攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能和有效控制攪拌摩擦連接區(qū)厚度減薄的攪拌頭。
背景技術(shù)：
目前，攪拌摩擦連接(簡(jiǎn)稱FSJ，俗稱攪拌摩擦焊，又簡(jiǎn)稱FSW)是一種固相連接技術(shù)，其是1991年英國(guó)焊接研究所(TWI)發(fā)明的(發(fā)明專利USM60317)，該技術(shù)的原理就是把高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭插入工件中，攪拌頭與工件之間通過(guò)攪拌產(chǎn)生熱使工件處于塑性狀態(tài)并被破碎、混合，在一定的壓力作用下連接在一起。攪拌摩擦連接其連接區(qū)性能要比熔化焊接性能高得多，但與母材相比，其力學(xué)性能還是有一定的差距，這對(duì)于船舶、飛機(jī)等制造業(yè)來(lái)說(shuō)，如果連接區(qū)的性能不高，易造成事故發(fā)生。另外攪拌摩擦連接時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)連接區(qū)兩邊“飛邊”現(xiàn)象，這使得連接區(qū)厚度降低， 這也是造成連接區(qū)力學(xué)性能下降的一個(gè)原因。英國(guó)焊接研究所就攪拌摩擦焊技術(shù)申請(qǐng)的中國(guó)專利(CN 1144499A)、專利《一種攪拌摩擦焊的焊具》(申請(qǐng)?zhí)?00710135575. 4)、專利《一種組合式攪拌摩擦焊工具》 (申請(qǐng)?zhí)?00610135150.9)和專利《一種組合式去飛邊攪拌摩擦焊攪拌頭》(申請(qǐng)?zhí)?200710302169.2)中，雖然有些解決了飛邊問(wèn)題，但效果不是很好，而且連接區(qū)力學(xué)性能的提高沒(méi)有得到體現(xiàn)，這嚴(yán)重阻礙了攪拌摩擦連接技術(shù)在各大工業(yè)制造中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的摩擦焊由于攪拌頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)至焊接過(guò)程中易出現(xiàn)焊接缺陷的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種能增強(qiáng)攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能的攪拌頭。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種能增強(qiáng)攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能的攪拌頭，它主要由整體式攪拌針1和可拆卸式軸肩2及夾持柄3組成，其特征是所述的整體式攪拌針1由柱體1-4和錐形頭部1-5整體相連而成，在柱體1-4的上端設(shè)有儲(chǔ)料室1-1，柱體1-4的中心設(shè)有與儲(chǔ)料室1-1相通的輸料孔1-2，在錐形頭部1-5上設(shè)有徑向噴孔1-3，徑向噴孔1-3與輸料孔1-2相通；所述的可拆卸式軸肩2套裝在柱體1-4上，可拆卸式軸肩2的下端面與錐形頭部1-5的上端面相抵， 可拆卸式軸肩2的上端與也套裝在柱體1-4上的夾持柄30的下端相抵；擠壓活塞3-1的主體伸入儲(chǔ)料室1-4中對(duì)其中的填充料4加壓使之通過(guò)輸料孔1-2和噴嘴進(jìn)入焊接區(qū)域中， 擠壓活塞3-1的另一端伸出(密封)夾持柄3與施力裝置3-2相連。所述的可拆卸式軸肩2由上軸肩2-1和下軸肩2-2組成，在上軸肩2_1和下軸肩 2-2之間安裝有彈簧2-3。所述的彈簧2-3數(shù)量一般為4、6或8個(gè)，取偶數(shù)便于軸肩受力均勻。所述的填充料4為有利于提高攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能的耐磨、耐腐蝕納米稀土
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所述的徑向噴孔1-3的數(shù)量至少為2個(gè)。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明所提供的能增強(qiáng)攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能的攪拌頭，攪拌摩擦連接過(guò)程中可以有效的控制連接區(qū)力學(xué)性能和連接區(qū)厚度，避免了攪拌摩擦連接區(qū)發(fā)生厚度減少現(xiàn)象發(fā)生。采用本發(fā)明提供的攪拌頭進(jìn)行攪拌摩擦連接，連接過(guò)程中通過(guò)攪拌頭在連接區(qū)添加增強(qiáng)力學(xué)性能的稀有金屬元素，一方面增強(qiáng)了連接區(qū)力學(xué)性能，另一方面增加了因飛邊而減少的金屬材料，保證了連接區(qū)厚度不變。這種攪拌頭既可以提高連接區(qū)性能又可以有效控制連接區(qū)厚度降低，其大大提高了生產(chǎn)效率和連接區(qū)質(zhì)量。另外可拆卸軸肩上彈簧可以幫助控制連接區(qū)金屬的致密性，當(dāng)連接區(qū)金屬松疏，彈簧向下擠壓。當(dāng)連接區(qū)金屬致密，彈簧向上擠壓，這保證了連接區(qū)金屬致密性基本一致，從而保證了連接區(qū)力學(xué)性能的一致性、均勻性。因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)的攪拌頭具有著很強(qiáng)的實(shí)用性。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明的整體式攪拌針的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的可拆卸式軸肩的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1-3所示。一種能增強(qiáng)攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能的攪拌頭，它主要由整體式攪拌針1和可拆卸式軸肩2及夾持柄3組成，如圖1所示，可拆卸式軸肩2的材料可采用公知的普通鋼材， 整體式攪拌針1則可根據(jù)加工材料不同選擇工具鋼和鎢錸合金等，夾持柄3中夾持柄主體 3-3可選擇45#鋼，擠壓活塞3-1可選擇硬質(zhì)合金鋼。所述的整體式攪拌針1由柱體1-4和錐形頭部1-5整體相連而成，在柱體1-4的上端設(shè)有用于裝填填充料4的儲(chǔ)料室1-1，填充料4可采用有利于提高攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能的耐磨、耐腐蝕納米稀土金屬；柱體1-4的中心設(shè)有與儲(chǔ)料室1-1相通的輸料孔1-2，在錐形頭部1-5上設(shè)有至少2個(gè)徑向噴孔1-3， 徑向噴孔1-3與輸料孔1-2相通，如圖2所示；所述的可拆卸式軸肩2套裝在柱體1-4上， 可拆卸式軸肩2的下端面與錐形頭部1-5的上端面相抵，可拆卸式軸肩2的上端與也套裝在柱體1-4上的夾持柄30的下端相抵，可拆卸式軸肩2由上軸肩2-1和下軸肩2-2組成， 在上軸肩2-1和下軸肩2-2之間安裝有彈簧2-3，如圖3所示，彈簧2-3數(shù)量一般為4、6或 8個(gè)，取偶數(shù)便于軸肩受力均勻；擠壓活塞3-1的主體伸入儲(chǔ)料室1-4中對(duì)其中的填充料4 加壓使之通過(guò)輸料孔1-2和噴嘴進(jìn)入焊接區(qū)域中，擠壓活塞3-1的另一端伸出夾持柄3與施力裝置3-2相連，施力裝置3-2可為液壓裝置、氣動(dòng)裝置或其它的機(jī)械施力裝置，擠壓活塞3-1與夾持柄3主體3-3相接觸部分應(yīng)采用密封結(jié)構(gòu)，以防止填充料4沿?cái)D壓活塞3-1 的軸向漏出。此外，具體實(shí)施時(shí)，為了能及時(shí)補(bǔ)充填料，還可在夾持柄3上加孔出用于加料的孔，并使加料孔與儲(chǔ)料室1-1相通，在加料孔的入口端加裝密封蓋。
本發(fā)明的可拆卸式軸肩2與整體式攪拌針1均為獨(dú)立部件，使用時(shí)，應(yīng)將可拆卸式軸肩2套在整體式攪拌針1上。而可拆卸軸肩2上彈簧2-3可以幫助控制連接區(qū)金屬的致密性，當(dāng)連接區(qū)金屬松疏，彈簧向下擠壓。當(dāng)連接區(qū)金屬致密，彈簧向上擠壓，這保證了連接區(qū)金屬致密性基本一致，從而保證了連接區(qū)力學(xué)性能的一致性、均勻性。利用本發(fā)明的攪拌頭對(duì)IOmm厚7022鋁合金進(jìn)行攪拌摩擦連接，填充料4主要是采用鈷、錳、鎳等混合納米粉末，獲得的連接區(qū)厚度基本與母材厚度相同，連接區(qū)力學(xué)性能為母材的95%左右，而普通的攪拌攪拌摩擦連接7022鋁合金，獲得的連接區(qū)厚度為9. 2mm, 連接區(qū)力學(xué)性能僅為母材的85%左右。本發(fā)明的攪拌頭提高了連接區(qū)力學(xué)性能11.8%，連接區(qū)厚度提高了 8.7%。明顯改善了摩擦焊的機(jī)械性能。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種能增強(qiáng)攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能的攪拌頭，它主要由整體式攪拌針(1)和可拆卸式軸肩(2 )及夾持柄(3 )組成，其特征是所述的整體式攪拌針(1)由柱體(1-4 )和錐形頭部(1-5)整體相連而成，在柱體(1-4)的上端設(shè)有儲(chǔ)料室(1-1 )，柱體(1-4)的中心設(shè)有與儲(chǔ)料室(1-1)相通的輸料孔(1-2)，在錐形頭部(1-5)上設(shè)有徑向噴孔(1-3)，徑向噴孔(1-3) 與輸料孔(1-2)相通；所述的可拆卸式軸肩(2)套裝在柱體(1-4)上，可拆卸式軸肩(2)的下端面與錐形頭部(1-5)的上端面相抵，可拆卸式軸肩(2)的上端與也套裝在柱體(1-4)上的夾持柄(30的下端相抵；擠壓活塞(3-1)的主體伸入儲(chǔ)料室(1-4)中對(duì)其中的填充料(4) 加壓使之通過(guò)輸料孔(1-2)和噴嘴進(jìn)入焊接區(qū)域中，擠壓活塞(3-1)的另一端伸出夾持柄 (3)與施力裝置(3-2)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能增強(qiáng)攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能的攪拌頭，其特征是所述的可拆卸式軸肩(2)由上軸肩(2-1)和下軸肩(2-2)組成，在上軸肩(2-1)和下軸肩(2-2)之間安裝有彈簧(2-3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能增強(qiáng)攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能的攪拌頭，其特征是所述的彈簧(2-3)數(shù)量一般為4、6或8個(gè)，取偶數(shù)便于軸肩受力均勻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能增強(qiáng)攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能的攪拌頭，其特征是所述的填充料(4)為有利于提高攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能的耐磨、耐腐蝕納米稀土金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能增強(qiáng)攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能的攪拌頭，其特征是所述的徑向噴孔(1-3 )的數(shù)量至少為2個(gè)。
全文摘要
一種能增強(qiáng)攪拌摩擦連接區(qū)力學(xué)性能的攪拌頭，它主要由整體式攪拌針(1)和可拆卸式軸肩(2)及夾持柄(3)組成，其特征是所述的整體式攪拌針(1)由柱體(1-4)和錐形頭部(1-5)整體相連而成，在柱體(1-4)的上端設(shè)有儲(chǔ)料室(1-1)，柱體(1-4)的中心設(shè)有輸料孔(1-2)，在錐形頭部(1-5)上設(shè)有與輸料孔(1-2)相通的徑向噴孔(1-3)；所述的可拆卸式軸肩(2)套裝在柱體(1-4)上，可拆卸式軸肩(2)的下端面與錐形頭部(1-5)的上端面相抵，可拆卸式軸肩(2)的上端與夾持柄(30的下端相抵；擠壓活塞(3-1)的主體伸入儲(chǔ)料室(1-4)中，擠壓活塞(3-1)的另一端伸出夾持柄(3)與施力裝置(3-2)相連。本發(fā)明能減少摩擦焊過(guò)程中的基材減薄和飛邊現(xiàn)象，明顯提高焊接件的機(jī)械力學(xué)性能。
文檔編號(hào)B23K20/12GK102350586SQ201110299010
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者修磊, 方淼暉, 段杏林, 汪建利, 汪洪峰 申請(qǐng)人:黃山學(xué)院