一种上轴肩静止的双轴肩搅拌摩擦焊接装置的制作方法

本实用新型属于搅拌摩擦焊接装置，尤其涉及一种上轴肩静止的双轴肩搅拌摩擦焊接装置。

背景技术：

搅拌摩擦焊接（The friction stir welding，简称FSW）是一种固相连接过程。焊接工具（也称搅拌头）由轴肩和搅拌针组成，焊前将材料夹紧，底部用垫板支撑，通过旋转的搅拌头与工件产生的摩擦热作为热源，旋转的搅拌头，沿待焊材料的对接面行走，轴肩与工件的上表面接触，通过旋转摩擦产生大量的热，搅拌针产生少量的热量，使材料软化。搅拌头在沿焊接方向行走的过程中，作用区材料发生剧烈的塑性变形和流动，并在轴肩顶锻力作用下，发生扩散连接，形成焊缝。搅拌摩擦焊具有焊接变形小、接头性能优异、缺陷率低、加工过程简单、绿色环保等诸多优点，在航空、航天、船舶、汽车、电子、列车等众多领域都得到了广泛的应用。搅拌摩擦焊接时对工装的要求非常高，当支撑刚性不足或装夹不稳时，接头会出现空洞、隧道、沟槽等缺陷。常规搅拌摩擦焊接时，搅拌针的长度略小于待焊接件厚度，搅拌针长度过长会扎到垫板，严重者导致搅拌针断裂，垫板损坏。搅拌针长度不足，会产生未焊透缺陷，未焊透的存在削弱了接头的性能。采用搅拌摩擦焊技术进行大的结构件焊接时，需要的工装比较复杂，且工装的通用性差，工装成本较高。目前，列车行业存在大量的中空挤压型材结构件，在焊接中空型材及带弧度的曲面时，安放背部支撑较为困难或者根本无法安装背部支撑，即使能够安放背部支撑，工装加工存在困难，成本昂贵，支撑的取放也比较费时费力。目前针对上述问题主要借助双轴肩搅拌摩擦焊技术来解决，但是常规双轴肩由于上下轴肩同时旋转，焊接扭矩大，需要的电机的功率大；产热量较大、过大的产热量导致晶粒粗大，接头性能降低；当搅拌头的温度较高时，搅拌头不能及时冷却容易断裂，搅拌头寿命短；焊接时行进抗力大、焊接时需要提供较大的力，且搅拌针容易断裂。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种上轴肩静止的双轴肩搅拌摩擦焊接装置的技术方案，改善双轴肩搅拌摩擦焊接的工艺，提高焊接质量，延长搅拌针寿命。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种上轴肩静止的双轴肩搅拌摩擦焊接装置，包括上轴肩、下轴肩、搅拌针和夹持柄；所述夹持柄从上方通过所述搅拌针连接所述下轴肩、并带动下轴肩转动，所述夹持柄与上轴肩通过轴承连接。

更进一步，所述搅拌针的上端设有安装螺纹，所述搅拌针的下端设有六方轴；所述夹持柄的前端设有安装螺孔，所述搅拌针通过所述安装螺纹与所述夹持柄的前端连接；所述下轴肩的下端设有六方孔，所述搅拌针的六方轴与所述下轴肩的六方孔配合带动下轴肩转动。

更进一步，所述搅拌针是一支台阶轴，所述搅拌针设有上台阶端面和下台阶端面，所述下轴肩设有台阶孔，在下轴肩的台阶孔中设有下台阶端面；所述搅拌针从下方穿过所述下轴肩，所述上台阶端面与所述夹持柄的端面接触，所述下台阶端面与所述下轴肩的下台阶端面接触。

更进一步，所述夹持柄与上轴肩通过推力轴承连接，所述上轴肩的上端设有轴承槽孔，所述推力轴承的外径与所述轴承槽孔配合；所述夹持柄设有轴承安装凸台，所述推力轴承的内径与所述轴承安装凸台配合。

更进一步，在所述上轴肩的上端设有上罩，所述上罩通过螺栓与所述上轴肩连接；所述上罩设有台阶孔，所述夹持柄从所述上罩的台阶孔中穿出，所述夹持柄设有与所述上罩的台阶孔对应的凸缘，所述夹持柄的凸缘在轴向被限制在上罩的台阶孔内。

更进一步，所述上轴肩的上端面设有下冷却环槽，所述上罩的下端面设有与所述上轴肩的下冷却环槽对应的上冷却环槽；在所述上罩的上冷却环槽的两端分别设有与上冷却环槽连通的冷却通孔。

本实用新型的有益效果是：采用一个轴肩旋转摩擦进行搅拌摩擦焊接，改进了双轴肩搅拌摩擦焊接的工艺，降低了焊接时的热输入，减小了变形，提高了焊接质量，延长了搅拌针和轴肩的寿命，降低了焊接成本。

下面结合附图和实施例对本实用新型作一详细描述。

附图说明

图1是本实用新型结构图；

图2是本实用新型结构分解图。

具体实施方式

实施例一：

如图1、图2，一种上轴肩静止的双轴肩搅拌摩擦焊接装置，包括上轴肩10、下轴肩20、搅拌针30和夹持柄40。

所述夹持柄从上方通过所述搅拌针连接所述下轴肩、并带动下轴肩转动，所述夹持柄与上轴肩通过轴承连接。

所述搅拌针的上端设有安装螺纹31，所述搅拌针的下端设有六方轴32；所述夹持柄的前端设有安装螺孔41，所述搅拌针通过所述安装螺纹与所述夹持柄的前端连接；所述下轴肩的下端设有六方孔21，所述搅拌针的六方轴与所述下轴肩的六方孔配合带动下轴肩转动。

所述搅拌针是一支台阶轴，所述搅拌针设有上台阶端面33和下台阶端面34，所述下轴肩设有台阶孔22，在下轴肩的台阶孔中设有下台阶端面23；所述搅拌针从下方穿过所述下轴肩，所述上台阶端面与所述夹持柄的端面接触，所述下台阶端面与所述下轴肩的下台阶端面接触。

所述夹持柄与上轴肩通过推力轴承50连接，所述上轴肩的上端设有轴承槽孔11，所述推力轴承的外径与所述轴承槽孔配合；所述夹持柄设有轴承安装凸台42，所述推力轴承的内径与所述轴承安装凸台配合。

在所述上轴肩的上端设有上罩60，所述上罩通过螺栓61与所述上轴肩连接；所述上罩设有台阶孔62，所述夹持柄从所述上罩的台阶孔中穿出，所述夹持柄设有与所述上罩的台阶孔对应的凸缘43，所述夹持柄的凸缘在轴向被限制在上罩的台阶孔内。

所述上轴肩的上端面设有下冷却环槽12，所述上罩的下端面设有与所述上轴肩的下冷却环槽对应的上冷却环槽63；在所述上罩的上冷却环槽的两端分别设有与上冷却环槽连通的冷却通孔64。

实施例一：

如图1、图2，一种上轴肩静止的双轴肩搅拌摩擦焊接装置，包括上轴肩10、上罩60、下轴肩20、搅拌针30、夹持柄40、推力轴承50。

上轴肩设有通孔13，上轴肩的上端设有轴承槽孔11，上轴肩的上端面设有下冷却环槽12。

上罩设有台阶孔62，所述上罩的下端面设有与所述上轴肩的下冷却环槽对应的上冷却环槽63，上罩的上冷却环槽的尺寸和位置对应于上轴肩的下冷却环槽；在上罩的上冷却环槽的两端分别设有与上冷却环槽连通的冷却通孔64。

下轴肩设有搅拌针孔24，下轴肩还设有台阶孔22，下轴肩的下端设有六方孔21。根据工程需要，下轴肩采用被焊接工件的摩擦面25可采用平面、凸面、凹面，下轴肩还可采用带圆环形、渐开线形、涡状线形。本实施例的摩擦面为弧面。

搅拌针是一支台阶轴，搅拌针设有上台阶端面33和下台阶端面34，搅拌针的上端设有安装螺纹31，搅拌针的下端设有六方轴32。根据工程需要，搅拌针可以采用圆柱形、圆锥形、带螺纹形等结构。本实施例的搅拌针采用光面圆柱形。

夹持柄的前端设有安装螺孔41，夹持柄的前端还设有轴承安装凸台42，夹持柄设有与上罩的台阶孔对应的凸缘43，

上罩通过螺栓61与上轴肩的上端连接，上罩的上冷却环槽和上轴肩的下冷却环槽构成了一个环状的冷却通道，通过上罩的冷却通孔可以使冷却介质流过冷却通道。夹持柄从上罩的上端穿出，夹持柄与上轴肩通过推力轴承50连接，推力轴承的外径与上轴肩的轴承槽孔配合；推力轴承的内径与夹持柄的轴承安装凸台配合。夹持柄的凸缘在轴向被限制在上罩的台阶孔62内，使推力轴承不会产生松脱。

搅拌针从下方穿过下轴肩的搅拌针孔，搅拌针通过安装螺纹与夹持柄的前端连接；搅拌针的上台阶端面33与与夹持柄的端面接触，搅拌针的下台阶端面34下轴肩的下台阶端面23接触。搅拌针设有上台阶端面和下台阶端面控制了上轴肩与下轴肩时间的空隙K。通常上轴肩与下轴肩时间的空隙尺寸小于被焊接板材的厚度。其过盈量通常不大于2.5mm。

搅拌针的六方轴与下轴肩的六方孔配合。夹持柄从上方通过搅拌针带动下轴肩转动带动，进行搅拌摩擦焊接。在焊接操作时，下轴肩与被焊接工件摩擦产生高温，上轴肩保持静止状态。通过上罩冷却通孔使冷却介质流过上轴肩，保持上轴肩处于冷却状态，避免产生过多的摩擦热，降低焊接质量。