搅拌摩擦焊搅拌头的制作方法

本实用新型涉及一种搅拌摩擦焊搅拌头。

背景技术：

目前，搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，采用该方法焊接时材料不熔化，不会产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷，并且在焊接过程中无需保护气体和填充材料，焊后残余变形小，残余应力低，焊头为细晶锻造组织，机械性能优良，无弧光、噪音、射线等污染，被誉为“最为革命性的焊接技术”，作为搅拌摩擦焊所用的主要消耗品搅拌头，在焊接过程中由一个带螺纹的圆锥体状的搅拌针伸入两待焊工件的接缝处，施加压力与待焊工件的表面紧密接触。通过焊机主轴高速旋转，与焊接工件材料进行相互摩擦，摩擦生热使金属被加热至较高温度，然后在搅拌针的机械混合作用下搅拌、混合、扩散，最终形成牢固的焊缝接头。

而作为主要消耗品的搅拌头，由于其自身的特殊材质，原先只能依赖于进口，价格昂贵，使用寿命不长，结构设计也不合理，在结构设计上缺陷主要体现在：1)搅拌头本体材料依赖进口没有实现国产化；2)搅拌头的搅拌针在搅拌受热后易断裂；3)搅拌头挤压端面在参与金属材料搅拌、挤压、混合、扩散过程中，不利于搅拌针中心多余金属从挤压端面两侧顺畅排出；4)搅拌头在工作过程中整体散热不畅，至始至终搅拌头一直处于受热状态，使其自身红硬性下降；5)搅拌头安装定位及夹紧方式其安全和可靠性有待提高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种搅拌摩擦焊搅拌头，它不仅可有效避免搅拌针在搅拌受热过程中发生断裂的现象，并且能够使金属材料搅拌均匀使焊缝成型美观，有效地避免了焊缝两侧边缘产生飞边的现象，消除了焊后清理时间。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种搅拌摩擦焊搅拌头，它包括本体，所述本体具有：

安装配合部，所述安装配合部位于本体的上部；

搅拌针，所述搅拌针位于本体的下部，所述搅拌针呈下小上大的锥体结构，并且搅拌针的外壁上设置有螺纹槽；

杆身部，所述杆身部位于本体的中部，所述杆身部用于连接所述搅拌针和所述安装配合部，所述杆身部的下端面为挤压端面，所述挤压端面上设置有向上凹陷的窝底，形成窝底的壁的内侧与搅拌针的外壁的顶端过渡衔接，形成窝底的壁的外侧向下倾斜延伸。

进一步为了更好地避免搅拌针在搅拌受热过程中发生断裂的现象，所述搅拌针的针尖为球面结构。

进一步，所述搅拌针所形成的锥角α为30°。

进一步为了使其具备良好的耐高温动态和静态力学性能，所述本体由高碳铬滚动轴承钢材质制成。

进一步为了可有效分解热量，延缓热量的传递，加速热量的排放，保持本体的材料所固有的硬性性能不下降，从而有效提高了搅拌头的耐用度，所述杆身上开有至少一道散热槽。

进一步，所述散热槽设置有多道，并且多道散热槽沿着主体的轴向并列设置。

进一步，所述安装配合部具有套装部和轴肩部，套装部上设置有与其配合用于防止本体周向转动的周向定位面，所述安装定位面上设置有至少一个向内侧延伸的盲孔，所述轴肩部的上面为用于防止本体轴向移动的轴向定位面，所述轴肩部的下面为用于验证本体是否与焊机主轴平行的验证面。

进一步，所述盲孔设置有两个，并且两个盲孔沿着主体的轴向并列设置。

采用了上述技术方案后，本实用新型具有以下的有益效果：

1)本搅拌头采用高碳铬滚动轴承钢，其代表性牌号为GCr15，经整体淬硬至55～56HRC，具有良好的耐高温动态和静态力学性能；

2)本实用新型优化了搅拌针的结构，根据被焊工件的板厚决定搅拌针的长度，采用30°锥体、外带螺纹的结构特征，搅拌针的针尖采用球面结构，可有效保证搅拌针在搅拌受热过程中不发生断裂，并且能够使金属材料搅拌均匀；

3)本实用新型的搅拌头的挤压端面改变以往纯平面结构，采用多圆弧曲面连接光滑过渡的窝底的结构，可使搅拌针的中心多余金属从挤压端面窝底两侧顺畅排出，从而使焊缝成型美观，有效避免焊缝两侧边缘产生飞边，消除了焊后清理时间；

4)本实用新型改变了杆身部的外形特征，在杆身部上增加了数条散热槽，可有效分解热量，延缓热量的传递，加速热量的排放，保持本体材料所固有的红硬性性能不下降，从而有效提高了搅拌头的耐用度；

5)本实用新型的安装配合部采用周向定位面及轴肩的结构特征，在安装定位时，除需要安装配合部的安装配合面与搅拌摩擦焊机搅拌头安装孔紧密配合外，还需要搅拌头轴肩部的上面与其安装孔端面紧密贴合，以防止搅拌头在高速旋转焊接时发生轴向向上窜动的现象，搅拌头的轴肩部的下面主要是用来验证搅拌头安装夹紧后，下面是否与焊机主轴垂直。

6)在夹紧固定时，采用螺栓支紧周向定位面上的盲孔的夹紧方式，先将周向定位面加长，再根据搅拌摩擦焊机主轴夹套侧向两支紧螺栓穿透孔中心距大小确定盲孔的位置，使其搅拌头不发生轴向向下滑动，其安全性和可靠性增强。

附图说明

图1为本实用新型的搅拌摩擦焊搅拌头的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为搅拌针与杆身连接的连接示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1～3所示，一种搅拌摩擦焊搅拌头，它包括本体，所述本体具有：

安装配合部，所述安装配合部位于本体的上部；

搅拌针1，所述搅拌针1位于本体的下部，所述搅拌针1呈下小上大的锥体结构，并且搅拌针1的外壁上设置有螺纹槽11；

杆身部，所述杆身部位于本体的中部，所述杆身部用于连接所述搅拌针1和所述安装配合部，所述杆身部的下端面为挤压端面2，所述挤压端面2上设置有向上凹陷的窝底21，形成窝底21的壁的内侧与搅拌针1的外壁的顶端过渡衔接，形成窝底21的壁的外侧向下倾斜延伸。所述搅拌针1的针尖可以为球面结构。本实用新型优化了搅拌针的结构，根据被焊工件的板厚决定搅拌针的长度，采用30°锥体、外带螺纹的结构特征，搅拌针的针尖采用球面结构，可有效保证搅拌针在搅拌受热过程中不发生断裂，并且能够使金属材料搅拌均匀。

如图3所示，所述搅拌针1所形成的锥角α为30°。

所述本体由高碳铬滚动轴承钢材质制成，其代表性牌号为GCr15，经整体淬硬至55～56HRC，具有良好的耐高温动态和静态力学性能；但是所述本体的材料并不局限于此。

如图1、2所示，所述杆身上开有至少一道散热槽4，在本实施例中，所述散热槽4设置有多道，并且多道散热槽4沿着主体的轴向并列设置，散热槽4的设置可有效分解热量，延缓热量的传递，加速热量的排放，保持本体材料所固有的红硬性性能不下降，从而有效提高了搅拌头的耐用度；

如图1、2所示，所述安装配合部具有套装部和轴肩部5，套装部上设置有与其配合用于防止本体周向转动的周向定位面7，所述安装定位面7上设置有至少一个向内侧延伸的盲孔71，所述轴肩部5的上面为用于防止本体轴向移动的轴向定位面，所述轴肩部5的下面为用于验证本体是否与焊机主轴平行的验证面。

在本实施例中，所述盲孔71设置有两个，并且两个盲孔71沿着主体的轴向并列设置。

本实用新型的搅拌头的使用方法如下：

1、将搅拌头的安装配合面6套入搅拌摩擦焊机主轴夹套内，与主轴夹套间隙配合，待安装配合面6完全套入主轴夹套内，贴紧轴肩部5的上面后，采用两只支紧螺栓从搅拌头夹套侧向通过其穿透孔支紧在盲孔71上，从而将搅拌头牢牢地固定在主轴夹套内。

2、打开焊机人机界面控制操作面板，调出程序，调节好气压表压力，采用快进速度结合工进速度将搅拌针1置于两待焊工件间，挤压端面2压紧在两待焊工件平面上。

3、启动焊接按钮，搅拌头高速旋转，挤压、搅拌、混合、扩散母材金属，匀速进给实施焊接。在焊接过程中，杆身部还可通过散热槽4延缓热量的传递，加速热量的排放。

以上所述的具体实施例，对本实用新型解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。