专利名称：一种加热搅拌焊接方法及搅拌头的制作方法
技术领域：
本发明属于焊接技术领域，涉及同材料元件之间的搅拌焊接方 法，同时还涉及在该方法中所用的搅拌头。
背景技术：
现有专利"摩擦搅拌焊接方法及摩擦头"(申请号95192193. 2)， 其主要技术特征是用硬的旋转摩擦头插入被焯母材，在摩擦与搅拌母 材剖口的作用下完成摩擦搅拌焊接。虽然在焊接铝及其合金等金属焊 接方面具有许多优点，实践中对于较硬的金属(如钢)的悍接比较困 难。该方法是应用摩擦产生的热量使母材熔化后接合为一体，其不足 的是摩擦效率低、功率消耗大、设备重、价格高。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种加热搅拌焊接方 法，利用外加热源，直接加热搅拌头和母材剖口，实现加热搅拌焊接。 在本发明中摩擦热量所占焊接热源的比例甚小，主要用电热、火焰热 源的热量焊接，同时本发明也提供了一种用于加热搅拌焊接的搅拌 头。本发明提高了焊接热效率，节能降耗，减轻设备重量，降低成本， 达到创造一种新焊接方法的目的。本发明的技术方案是 一种加热搅拌焊接方法，焊前将搅拌头和 母材剖口加热，当母材剖口被加热达到塑性温度时，由搅拌头轻压插 入母材剖口并旋转搅拌，同时向前不断移动，使母材剖口两侧分离的 母材组织搅拌连接成一体，冷却后形成加热搅拌焊接连接焊缝。所述的加热搅拌焊接方法，加热搅拌焊接的加热方法用电加热和 火焰加热，或者电热和火焰联合加热。所述的加热搅拌焊接方法，只加热搅拌头，通过搅拌头将热量传 导给母材，使其达到塑性温度。所述的加热搅拌焊接方法，只加热母材剖口 ，使其达到塑性温度。所述的加热搅拌焊接方法，同时加热母材剖口和搅拌头，使母材 剖口达到塑性温度。所述的加热搅拌焊接方法，用于塑料、铝及其合金、钢等金属与 非金属的焊接。上述加热搅拌焊接方法所用的搅拌头，它与动力部件结合，所述 的搅拌头由搅拌体、加热器、轴肩、搅拌指及旋向相反的上、下螺旋 突台组成，其中轴肩圆盘接触母材表面的一侧上带有螺旋状由内向外 排除杂质的螺旋凸起，螺旋方向由搅拌头旋转方向决定；搅拌指及螺 旋突台是使母材旋转体左右、上下搅拌均匀，螺旋突台可控制母材焊 缝背面成型。上、下螺旋突台的螺旋方向由搅拌头旋转方向决定，以 保证母材焊缝组织材料上下拌合， 一个为右螺旋，另一个为左螺旋。所述的加热搅拌焊接用的搅拌头，由钢、铜及其合金、电热陶瓷、 陶瓷及其覆层材料制成。本发明具有如下有益效果由于采取上述方案，加热搅拌焊接方 法实现后成为新的焊接方法，变摩擦搅拌焊为直接加热搅拌焊，提高 了热效率和焊接效率，节能降耗，设备减轻，焊缝质量提高。加热搅 拌焊接方法用于钢、铝及其合金、塑料等金属及非金属的焊接。可以 实现对铝及其合金加热搅拌焊接、对塑料加热搅拌焊接、对钢加热搅 拌焊接。
附图1是本发明的搅拌头结构示意图；附图2是力成^^^l微半焊^^意图；附图3是加热母材搅拌焊接示意图；图4是同时加热搅拌头和母材搅拌焊接示意图。图中1-搅拌体，2-加热器，3-轴肩，4-搅拌指，5-螺旋突台， 6-动力部件，7-连结体，8-母材，(2-1， 2-2)-火焰，(5-1， 5-2) -上、下螺旋突台。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明本发明采用外加热源直接加热搅拌头和母材剖口 ，使母材达到塑 性温度，然后用搅拌头实施旋转搅拌母材剖口两侧被焊材料，使其连 接成一体。搅拌头连续向前移动，其后被搅拌焊接的母材冷却成加热 搅拌焊焊缝。1、 加热搅拌焊接所使用本发明的搅拌头，其结构具有与动力结 合的部件，实现搅拌头旋转、上下、左右、前后移动运动部件；具有 自身加热并将热量传导给母材的部件；具有搅拌母材使其焊缝组织均 匀和排除表面杂质，成型良好的部件；具有搅拌头转速、温度、速度、 质量、安全等手动或自动化控制信息采集与传输显示部件等。搅拌头 用钢、铜及其合金，陶瓷及陶瓷覆层材料制成。2、 加热搅拌焊接工艺① 焊前母材剖口装配夹紧；② 加热；根据被焊母材材质和焊接工艺要求，加热方式有三种 只加热搅拌头，通过搅拌头将热量传导给母材，使其达到塑性温度，然 后搅拌焊接；第二种加热方式是直接加热母材剖口，使其达到塑性温 度,然后搅拌焊接；第三种加热方式是加热搅拌头同时加热母材。③ 搅拌头插入母材剖口中心，通过轴肩轻压，将搅拌指压入母材 剖口。④ 母材达到塑性温度后，搅拌头按工艺规范的转速旋转，排除杂 质，使母材剖口两侧组织材料拌合连接成一体。 根据规定的焊接速度沿焊接剖口和焊接方向移动搅拌头和热 源，如此连续进行，搅拌头在母材剖口中边加热边搅拌边向前移动边 冷却，形成加热搅拌焊焊缝。⑥ 当搅拌头达到焊缝尾端，做好收尾焊接。⑦ 为了保证加热搅拌焊接质量，焊接过程控制的工艺参数母材 温度、搅拌头转速、焊接速度、搅拌头插入速度、搅拌头抬起速等。 工艺参数由手动或自动控制或手动自动联合控制。3、 加热搅拌焊接方法的加热方法火焰加热、电加热或者火焰 与电加热联合加热。由图l所示，所述的加热搅拌焊接所用的搅拌头，由圆状体形的 搅拌体l、轴肩3、搅拌指4及搅拌指4表面固定的螺旋突台5与动 力部件6组成，同时有电加热器2与搅拌体1圆周体保持一定间隙， 允许二者相对旋转并加热搅拌体l。电加热器2固定在机架上(未画 出)。螺旋突台5分上下两部分(5-1， 5-2)，由搅拌体l旋转方向来决定螺旋突台(5-1， 5-2)螺旋的左右螺旋方向。使下螺旋突台(5-2) 能将母材的塑性材料向上推与上螺旋突台(5-1)压下来的母材塑性 材料拌合，同时与搅拌体1旋转带动的母材塑性材料搅拌成一体。轴 肩3下表面带有盘状螺旋凸起9，其功能是排除表面杂质和焊缝表面 成型的作用。下螺旋突台(5-2)其功能是控制背面成型的作用。搅 拌体l可以由钢、铜及其合金制成，也可以由陶瓷、电热陶瓷、陶瓷 覆层材料制成。由图2所示，加热搅拌焊接的母材8装配后，将搅拌头1移至焊 接起始点，高频电加热器2通电预热，当搅拌指4表面温度稍高于母 材的塑性温度时，轻压力F使动力部件6推动下落，使电热量通过搅 拌指4导入母材由表及里加热，使之逐渐达到塑性温度，搅拌指4 和螺旋突台(5-1， 5-2)插入母材全部厚度。启动动力部件6旋转， 逐步达到规定的转速，由轴肩3排除表面杂质，搅拌头1沿焊接方向 D和焊接速度，实施加热搅拌焊，直至完成全长焊缝后，拉出搅拌头 1，填满尾孔，停转、停电。由图3所示，加热搅拌焊接的母材8装配后，将搅拌头移至焊接 起始点。由火焰2加热母材剖口始端(塑料焊接时可用电热风枪2 加热)，母材达到塑性温度时，搅拌头l逐渐插入母材，转动搅拌头 l达到规定的转速，由轴肩3排除杂质，搅拌指4和螺旋突台(5-1， 5-2)搅拌母材组织成一体，沿焊接方向规定的焊接速度向前移动， 直至完成全长焊缝，拉出搅拌头l填满尾孔，停热、停转、检査焊接 质量。由图4所示，加热搅拌焊的母材8装配后，将搅拌头1移至焊接 起始点。由火焰(2-1， 2-2)双面加热母材剖口始端，电加热器2 加热搅拌体1，联合加热使母材很快达到塑性温度，搅拌头1的搅拌 指4和螺旋突台5插入母材剖口 ，按规定转速和焊接速度进行加热搅 拌焊接，直至完成全部焊缝。火焰(2-1, 2-2)双面加热也可单面加 热，也可用电加热代替火焰加热。
权利要求
1、一种加热搅拌焊接方法，其特征是焊前将搅拌头和母材剖口加热，当母材剖口被加热达到塑性温度时，由搅拌头轻压插入母材剖口并旋转搅拌，同时向前不断移动，使母材剖口两侧分离的母材组织搅拌连接成一体，冷却后形成加热搅拌焊接连接焊缝。
2、 根据权利要求1所述的一种加热搅拌焊接方法，其特征是加 热搅拌焊接的加热方法用电加热和火焰加热，或者电热和火焰联合加 扭。
3、 根据权利要求1所述的一种加热搅拌焊接方法，其特征是只 加热搅拌头，通过搅拌头将热量传导给母材，使其达到塑性温度。
4、 根据权利要求1所述的一种加热搅拌焊接方法，其特征是只 加热母材剖口，使其达到塑性温度。
5、 根据权利要求1所述的一种加热搅拌焊接方法，其特征是同 时加热母材剖口和搅拌头，使母材剖口达到塑性温度。
6、 根据权利要求1所述的一种加热搅拌焊接方法，其特征是加 热搅拌焊接方法用于塑料、铝及其合金、钢等金属与非金属的焊接。
7、 一种为实施权利要求1而专门设计的搅拌头，其特征是所述 的搅拌头与动力部件(6)结合，所述的搅拌头由搅拌体(l)、加热器 (2)、轴肩(3)、搅拌指(4)及旋向相反的上、下螺旋突台(5-1， 5-2) 组成，其中轴肩(3)圆盘接触母材(8)表面的一侧上带有螺旋状由内向 外排除杂质的螺旋凸起，螺旋方向由搅拌头旋转方向决定；搅拌指(4) 及螺旋突台(5)是使母材旋转体左右、上下搅拌均匀，螺旋突台(5) 可控制母材(8)焊缝背面成型，上、下螺旋突台(5-1， 5-2)的螺旋 方向由搅拌头旋转方向决定，以保证母材焊缝组织材料上下拌合，一 个为右螺旋，另一个为左螺旋。
8、 根据权利要求7所述的加热搅拌焊接用的搅拌头，其特征是 所述的搅拌头由钢、铜及其合金、电热陶瓷、陶瓷及其覆层材料制成。
全文摘要
一种加热搅拌焊接方法及搅拌头。其特征在于焊前将搅拌头和母材剖口加热，当母材剖口被加热达到塑性温度时，由搅拌头轻压插入母材剖口并旋转搅拌，同时向前不断移动，使母材剖口两侧分离的母材组织搅拌连接成一体，冷却后形成加热搅拌焊接连接焊缝；所述的搅拌头由搅拌体(1)、加热器(2)、轴肩(3)、搅拌指(4)及旋向相反的上、下螺旋突台(5-1，5-2)组成。本发明提高了焊接热效率，节能降耗，减轻设备重量，降低成本，达到创造一种新焊接方法的目的。
文档编号B23K20/12GK101214579SQ20081006388
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月21日 优先权日2008年1月21日
发明者侯贤忠, 林 吴, 林尚扬, 震 罗 申请人:侯贤忠