一种用于环形搭接结构的搅拌摩擦焊接工具的制作方法

本实用新型涉及一种焊接工具，具体是涉及一种用于环形搭接结构的搅拌摩擦焊接工具。

背景技术：

搅拌摩擦焊作为一种新型固相焊接技术，在铝、镁等轻合金焊接中得到越来越多的应用，搅拌摩擦焊的工作温度低于母材熔点，被焊金属不发生熔化，可以避免产生气孔、裂纹、夹杂等焊接缺陷。但是，当焊接工艺流程和参数或者焊接工具的结构尺寸选择不合理时，焊缝的内部也同样会出现各种焊接缺陷，这些缺陷主要有孔洞、沟槽、未焊透、Z线、飞边、界面畸变等。而界面畸变在常规对接接头中不会出现，是搭接结构容易出现的一种固有缺陷，接头中界面畸变的存在将导致材料的净连接厚度减薄，搭接接头的承载部位主要在搭接界面上，因此搭接界面成形的好坏直接影响着接头性能。界面畸变的存在减小了焊接板的有效承载厚度和有效搭接宽度，使得搭接界面的承载面积减小，这样的缺陷都会严重影响接头性能，降低接头强度。

搅拌头作为搅拌摩擦焊接技术的核心部分，通过摩擦提供搅拌摩擦焊接过程中所需的热量，是焊缝区域热塑性材料实现定向转移的载体。针对焊接结构的材料厚度和接头形式，设计结构合理的焊接工具能够有效避免界面畸变缺陷的产生。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对环形搭接结构搅拌摩擦焊接过程中存在的界面畸变问题，提供一种结构可靠、操作容易、使用效果好，能够避免环形搭接结构出现界面畸变缺陷的搅拌摩擦焊接工具。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型所述用于环形搭接结构的搅拌摩擦焊接工具，其特点是：包括同轴且依次设置的搅拌针、轴肩和夹持柄，所述搅拌针上设置有右螺纹，所述轴肩连接搅拌针的面上设置有360°螺旋线。

其中，所述搅拌针上的右螺纹为全螺纹。

所述搅拌针的长度大于搭接工件的上表面材料的厚度。

所述搅拌针的下端面设置为圆弧凸面。

所述360°螺旋线按圆周间隔排布有若干条。优选地，所述若干条360°螺旋线按圆周均匀间隔排布。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1、本实用新型通过在搅拌针上设置有右螺纹，并在轴肩的下端面设置有360°螺旋线的结构，搅拌摩擦焊接过程中可以有效避免界面畸变的产生，获得高质量、强度可靠的焊缝；

2、本实用新型通过与合适的焊接工艺相结合，不但可以更好地避免界面畸变的产生，还可以避免隧道、孔洞等其他缺陷的产生；

3、本实用新型的结构简单、易于实现。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1 为本实用新型的立体结构示意图。

图2 为本实用新型的底面结构示意图。

图3 为本实用新型的使用状态结构示意图。

具体实施方式

如图1-图2所示，本实用新型所述用于环形搭接结构的搅拌摩擦焊接工具，包括同轴且依次设置的搅拌针1、轴肩2和夹持柄3，所述搅拌针1、轴肩2和夹持柄3既可以通过焊接连接为一体，也可以直接一体成型，还可以通过螺栓连接为一体。而且，搅拌针1的直径小于轴肩2的直径，在本实施方式中，搅拌针1的直径为4mm，轴肩2的直径为14mm。搅拌针1的长度大于搭接工件4的上表面材料5的厚度，并能保证扎入工件下部材料一定的深度，在本实施方式中，搅拌针1的长度为3.5mm，搭接工件4的上表面材料5的厚度为2mm。并且，在搅拌针1上设置有右螺纹11，该右螺纹11为全螺纹；而搅拌针1的下端面12设置为圆弧凸面，该圆弧凸面的凸起高度为0.3mm。同时，在轴肩2连接搅拌针1的面上设置有内凹或外凸的360°螺旋线21，而且，360°螺旋线21可以设置有多条，在本实施方式中，360°螺旋线21按圆周间隔排布有三条，焊接时，轴肩2与工件的上表面材料紧密接触，根据焊接表面质量要求，可以控制一定的下压量。此外，也可以根据实际的使用需要，设置合适数量的360°螺旋线21。而且，搅拌针1的尺寸可以根据焊接材料厚度的变化而变化；轴肩2的尺寸跟随搅拌针1尺寸的变化而合理改变；夹持柄3可以根据焊接条件的变化而改变长度，并可以根据动力装置的连接结构而改变直径大小，在本实施方式中，夹持柄3的直径为20mm，而且可以在夹持柄3的下端面连接有接头轴，该接头轴的直径大于夹持柄3的直径，并且该接头轴的下端与轴肩2的上端弧形过渡连接。焊接时，是将夹持柄3连接在焊接设备的动力装置上，在焊接设备的动力装置的带动下，使焊接工具按照设定的速度高速旋转，并控制焊接工具的下压量。

采用本实用新型进行环形搭接的方法如下：

步骤一：对工件焊接区域采用化学清洗方法或机械方法进行清理；

步骤二：工件上下表面材料的装配间隙控制在0.3mm以内，且上表面材料对接处间隙控制在3mm～5mm之间；

步骤三：根据环形工件内部支撑位置，通过上表面材料对接处的间隙，确定焊接的路径和起始点，可以以对接处为起始点画一圈定位线，即焊接轨迹；

步骤四：将工件装卡在驱动装置上；

步骤五：将焊接工具的夹持柄与焊接设备的动力装置相连接；

步骤六：将焊接工具的搅拌针置于环形工件最高点1～2mm处，工件低速旋转，搅拌针静止，观察搅拌针在工件上表面定位线左右的偏移距离，其左右偏差不应超过0.5mm；

步骤七：工件停止转动，以工件最高点为起始点，搅拌针沿工件旋转方向的反方向（即焊接方向）水平偏移9mm，如图3所示，偏移距离也可以根据工件大小进行适当调整；

步骤八：工件沿焊接方向（顺时针方向）转动15°，该位置作为搅拌针起焊的始点；

步骤九：工件停止转动，搅拌针开始旋转，旋转速度为750rpm，搅拌针在高速旋转下插入工件，直至轴肩与工件紧密接触后，继续下压，下压量控制在0.1mm范围内；

步骤十：搅拌针旋转1～3s后，工件以100mm/min的速度逆时针转动，该速度即焊接速度，工件旋转375°使搅拌针的尾孔留在工件上表面材料的对接处，焊接过程中采用水冷或者液氮冷却，冷却水温度不超过30度，压力不低于0.15MPa；

步骤十一：工件旋转375°后停止转动，搅拌针抬起并继续旋转1～3s后停止转动，完成焊接。

此外，焊接过程中，工件可以不做375°旋转，只要接头处焊缝重叠15～25mm即可，也可根据工件结构做适当调整。

本实用新型不但适用于环形搭接结构，也适用于其他搭接结构。

本实用新型是通过实施例来描述的，但并不对本实用新型构成限制，参照本实用新型的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本实用新型权利要求限定的范围之内。