用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头的制作方法

本发明主要涉及搅拌摩擦焊技术，尤其涉及一种用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头。

背景技术：

搅拌摩擦焊接是高速旋转的搅拌头扎入工件后沿焊接方向运动，在搅拌头与工件的接触部位产生摩擦热，使其周围金属形成塑性软化层，软化层金属在搅拌头旋转的作用下填充搅拌针后方所形成的空腔，并在搅拌头轴肩与搅拌针的搅拌及挤压作用下实现材料连接的固相焊接方法。

搅拌头由轴肩、搅拌针及夹持区等部分组成。其中，轴肩的作用是在工件表面施加压力，并且使其下方的金属软化。轴肩与工件摩擦产生的大量热量可以使金属软化，同时可以通过对软化的金属进行持续地搅拌、施压，以防止在焊缝中产生孔洞型缺陷等不足。

现有轴肩的端面一般为平面，不仅搅拌区的搅拌、摩擦、产热效果有限，而且搅拌区的软化金属一般存在规律的流动，高温氧化物易富集进而形成s线、弱连接等缺陷，影响焊缝的力学性能。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可增大搅拌及产热效果、能避免焊接缺陷的用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头，包括依次连接的夹持部、轴肩部和搅拌针，所述轴肩部的端面包括在径向方向靠近搅拌针的搅拌区和远离搅拌针的包络区，所述包络区设置为用于包拢汇聚和锻压塑性金属的平缓面，所述搅拌区设有用于提高摩擦力矩的非同心圆结构。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述非同心圆结构设置为凸起和/或凹槽。

所述非同心圆结构设置为凹槽。

所述凹槽设置为由蜗旋线构成的蜗旋槽。

所述凹槽设置为由曲线构成的开环型曲线槽。

所述开环型曲线槽为连续的单槽形式。

所述开环型曲线槽为分开的多槽形式。

所述凹槽设置为由曲线构成的闭环型偏心曲线槽。

所述闭环型偏心曲线槽设置为多个、且朝同一方向偏心。

所述闭环型偏心曲线槽设置为多个、且朝不同方向偏心。

所述非同心圆结构设置为凸起。

所述凸起设置为由曲线构成的曲线块。

所述曲线块沿搅拌针周向方向间隔布置。

相邻的所述曲线块相互交叉连接。

所述凸起设置为由直线构成的直线块。

所述直线块沿搅拌针周向方向间隔布置。

所述凸起设置为由直线构成的闭环多边形结构。

所述闭环多边形结构设置为一个、且与搅拌针同心设置。

所述闭环多边形结构设置为多个、且与搅拌针偏心设置。

所述平缓面和非同心圆结构之间设有同心圆结构。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头，包括依次连接的夹持部、轴肩部和搅拌针，轴肩部的端面包括在径向方向靠近搅拌针的搅拌区和远离搅拌针的包络区，包络区设置为用于包拢汇聚和锻压塑性金属的平缓面，搅拌区设有用于提高摩擦力矩的非同心圆结构。该结构中，将包络区设置为平缓面，利于包拢汇聚和锻压塑性金属；而搅拌区设有非同心圆结构，非同心圆结构在搅拌头旋转时，可有效提高摩擦力矩，进而增大了搅拌区的搅拌及产热效果，不仅能够有效的避免隧道型缺陷、趾跟缺陷、及孔洞等孔洞型缺陷，而且能够提高焊接速度。

附图说明

图1是本发明实施例1的立体结构示意图。

图2是本发明实施例1的仰视结构示意图。

图3是本发明实施例2的仰视结构示意图。

图4是本发明实施例3的仰视结构示意图。

图5是本发明实施例4的仰视结构示意图。

图6是本发明实施例5的仰视结构示意图。

图7是本发明实施例6的仰视结构示意图。

图8是本发明实施例7的仰视结构示意图。

图9是本发明实施例8的仰视结构示意图。

图10是本发明实施例9的仰视结构示意图。

图11是本发明实施例10的仰视结构示意图。

图中各标号表示：

1、夹持部；2、轴肩部；21、搅拌区；211、凸起；212、凹槽；22、包络区；3、搅拌针。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

如图1和图2所示，本发明用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头的第一种实施例，包括依次连接的夹持部1、轴肩部2和搅拌针3，轴肩部2的端面包括在径向方向靠近搅拌针3的搅拌区21和远离搅拌针3的包络区22，包络区22设置为用于包拢汇聚和锻压塑性金属的平缓面，搅拌区21设有用于提高摩擦力矩的非同心圆结构。该结构中，将包络区22设置为平缓面，利于包拢汇聚和锻压塑性金属；而搅拌区21设有非同心圆结构，非同心圆结构在搅拌头旋转时，可有效提高摩擦力矩，进而增大了搅拌区21的搅拌及产热效果，不仅能够有效的避免隧道型缺陷、趾跟缺陷、及孔洞等孔洞型缺陷，而且能够提高焊接速度。

本实施例中，非同心圆结构设置为凸起211和/或凹槽212。将非同心圆结构设置为凸起211或凹槽212或两者的组合，在搅拌头旋转时，可有效提高摩擦力矩，进而增大了搅拌区21的搅拌及产热效果。

本实施例中，非同心圆结构设置为凹槽212。凹槽212在增大搅拌区21的搅拌及产热效果的同时，还能增加软化金属的流动性。

本实施例中，凹槽212设置为由蜗旋线构成的蜗旋槽。蜗旋槽能够提高摩擦力，同时还能增加软化金属沿径向方向的流动性，减少金属氧化物的富集。

实施例2：

如图3所示，本发明用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头的第二种实施例，该搅拌头与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，凹槽212设置为由曲线构成的开环型曲线槽。开环型曲线槽能增大搅拌区21的搅拌及产热效果。

本实施例中，开环型曲线槽为连续的单槽形式。提高了摩擦力，对包络区22焊缝金属呈周期性冲击作用，有利于减少金属氧化膜。

实施例3：

如图4所示，本发明用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头的第三种实施例，该搅拌头与实施例2基本相同，区别仅在于：本实施例中，开环型曲线槽为分开的多槽形式。提高了摩擦力，对包络区22焊缝金属呈周期性冲击作用，有利于减少金属氧化膜。

本实施例中，平缓面和非同心圆结构之间设有同心圆结构。该同心圆结构使得在径向流动加据的情况下，能加大包络效果。

实施例4：

如图5所示，本发明用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头的第四种实施例，该搅拌头与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，凹槽212设置为由曲线构成的闭环型偏心曲线槽。相对于开环型曲线槽，闭环型偏心曲线槽的冲击效果更好。

本实施例中，闭环型偏心曲线槽设置为多个、且朝同一方向偏心。便于对包络区22焊缝金属呈周期性冲击作用。

实施例5：

如图6所示，本发明用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头的第五种实施例，该搅拌头与实施例4基本相同，区别仅在于：本实施例中，闭环型偏心曲线槽设置为多个、且朝不同方向偏心。在增大产热的情况下，对包络区22软化金属产生冲击作用，有利于减少搅拌头不均匀结构带来的振动。

实施例6：

如图7所示，本发明用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头的第六种实施例，该搅拌头与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，非同心圆结构设置为凸起211。凸起211能够增大搅拌区21的搅拌及产热效果，同时通能起到打碎氧化膜的效果，提高焊缝力学性能。

本实施例中，凸起211设置为由曲线构成的曲线块。其结构简单可靠。

本实施例中，曲线块沿搅拌针3周向方向间隔布置。其搅拌及产热效果更好。

实施例7：

如图8所示，本发明用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头的第七种实施例，该搅拌头与实施例6基本相同，区别仅在于：本实施例中，相邻的曲线块相互交叉连接。增大摩擦力，使搅拌区21氧化膜紊流取得更好的打碎氧化膜的效果，避免形成s线或弱连接等缺陷，提高焊缝力学性能。

实施例8：

如图9所示，本发明用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头的第八种实施例，该搅拌头与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，凸起211设置为由直线构成的直线块。其结构简单可靠。

本实施例中，直线块沿搅拌针3周向方向间隔布置。其搅拌及产热效果更好。

实施例9：

如图10所示，本发明用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头的第九种实施例，该搅拌头与实施例8基本相同，区别仅在于：本实施例中，凸起211设置为由直线构成的闭环多边形结构。相对于开环型曲线槽，闭环多边形结构的冲击效果更好。

本实施例中，闭环多边形结构设置为一个、且与搅拌针3同心设置。其结构简单可靠。

实施例10：

如图11所示，本发明用于搅拌摩擦焊的搅拌区具有形状变化的搅拌头的第十种实施例，该搅拌头与实施例9基本相同，区别仅在于：本实施例中，闭环多边形结构设置为多个、且与搅拌针3偏心设置。在增大产热的情况下，对包络区22软化金属产生冲击作用，有利于减少搅拌头不均匀结构带来的振动。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。