一种搅拌摩擦焊焊具及焊接系统的制作方法

本实用新型涉及搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种焊具及其焊接系统。

背景技术：

静止轴肩辅助搅拌摩擦焊接系统已经广泛的应用于同种材料以及异种材料的焊接。然而，静止轴肩与搅拌头采用间隙配合的方式，焊接中，软化的材料会沿着静止轴肩与搅拌头中间的缝隙向上流动。随着焊接的进行，材料不断的填充缝隙，静止轴肩与搅拌头的缝隙将被填满，在旋转及挤压作用下，搅拌头的外表面会发生较大的磨损。

在靠近搅拌头轴肩位置产生的热量最大，材料软化程度较高，塑性流动能力较强，在焊接中不会对搅拌头产生较大程度的磨损。缝隙中距离搅拌头轴肩较远位置的材料，温度较低，塑性流动能力较差，且在长距离焊接中源源不断的材料被挤压进缝隙中，填充材料与搅拌头之间的摩擦增加明显，严重增加搅拌头的磨损程度。

在现有技术中，有人提出在焊接钛合金中采用置氢处理，通过改变母材的性质来改变材料的加工性能，然而加工后材料需要进行脱氢处理才可以保证结构质量，达到降低搅拌头磨损问题；同时，脱氢增加了工艺的复杂性以及成本。也有通过加热的方式软化材料，然而，过多的热输入会降低接头的力学性能，不利于接头强度的提升。

技术实现要素：

针对以上问题，本实用新型的技术方案，对搅拌头进行减材处理，在搅拌头与静止轴肩相配合的位置处，搅拌头设有具有较小的直径的一段，并在其外部套设硬度大、强度高且摩擦系数小的管套。通过缩小搅拌头直径，相比较相同焊接时间和转速下，搅拌头直径较大的方案，搅拌头产生的能量变小，主轴的功率消耗降低。

本实用新型提出一种搅拌摩擦焊焊具，包括搅拌头和静止轴肩，所述静止轴肩具有中空结构，所述搅拌头穿过静止轴肩与所述静止轴肩同轴；

所述搅拌头具有本体部和搅拌针部，所述搅拌针部包括搅拌针、旋转轴肩和搅拌针杆部；所述搅拌针杆部套设有套管；所述套管的外径小于与之相对位置处的静止轴肩的内径，且所述旋转轴肩的直径大于所述套管的外径，并小于与之相对位置处的静止轴肩的内径。

所述套管的材料，硬度较大、热导率较小、且与所述焊接材料之间摩擦系数小；优选地，所述套管为陶瓷或耐高温复合材料。

所述套管：能够被动旋转；所述套管与搅拌针杆部之间紧密配合，二者之间的缝隙为0～0.1mm；厚度为0.5～3mm；所述套管的外径与静止轴肩的内径之差为1～10mm；所述套管高度与搅拌针杆部高度相匹配。

所述搅拌针杆部：通过铣削工艺形成；所述搅拌针杆部的直径为搅拌针远端部(根部)直径的1.5倍。

所述搅拌针部还包括固定结构，用于将所述搅拌针部与所述本体部相固定；所述固定结构具体包括锁紧块和固定钉，通过固定钉与锁紧块之间的锁紧关系，将所述搅拌针与所述本体部固定。

本实用新型还提出一种搅拌摩擦焊焊接系统，其包括主轴和电机，其特征在于，还包括如前所述所述的焊具；所述焊具的搅拌头的本体部与主轴同轴相连，在电机的输出驱动下，所述搅拌头随主轴而旋转。

本实用新型技术方案，具有如下优点：在减材位置采用强度高、硬度大及摩擦系数小的材料作为套管。套管的加入可以避免缝隙内部材料与搅拌头的直接接触；由于其具有摩擦系数小的特点，在焊接中可以减少热量的产生；采用强度较高的套管可以弥补搅拌头因为减材而出现的强度降低的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的搅拌摩擦焊的焊具的局部剖面结构示意图；

附图标记说明：

1-静止轴肩；2-搅拌头；3-锁紧块；4-固定钉；5-套管；6-旋转轴肩

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实用新型提出一种搅拌摩擦焊焊具，如图1所示，包括搅拌头2和静止轴肩1，所述静止轴肩1具有中空结构，所述搅拌头2穿过静止轴肩1与主轴相连，所述静止轴肩1和搅拌头2同轴；所述搅拌头2在焊接状态下随主轴旋转，所述静止轴肩1在焊接状态下相对于所述搅拌头的旋转保持静止；其特征在于：

所述搅拌头具有本体部和搅拌针部，所述搅拌针部自下而上包括搅拌针、旋转轴肩6和搅拌针杆部；所述搅拌针杆部套设有套管5；所述套管5的外径小于与之相对位置处的静止轴肩1的内径，且所述旋转轴肩6的直径大于所述套管5的外径，并小于与之相对位置处的静止轴肩1的内径。

所述套管的材料，硬度较大、热导率较小、且与所述焊接材料之间摩擦系数小；优选地，套管的材料，为陶瓷或耐高温复合材料。

在焊接中，部分焊接材料进入到套管5与静止轴肩1之间，使得套管5的旋转速度小于搅拌头的旋转速度。而旋转速度的降低，会减少材料对静止轴肩的摩擦程度，进而增加静止轴肩的使用寿命。

优选地，所述套管与所述搅拌针杆部之间紧密配合，二者之间的缝隙为0～0.1mm；所述套管的厚度为0.5～3mm；所述套管的外径与静止轴肩的内径之差为1～10mm。

所述搅拌针杆部通过铣削工艺形成；所述搅拌针杆部的直径为搅拌针根部直径的1.5倍。

所述搅拌针部还包括固定结构，用于将所述搅拌针部与所述本体部相固定；所述固定结构具体包括锁紧块3和固定钉4，通过固定钉4与锁紧块3之间的锁紧关系，将所述搅拌针与所述本体部固定。

优选地，所述套管高度与搅拌针杆部高度相匹配。

本实用新型还提出一种搅拌摩擦焊焊接系统，其包括主轴和电机，其特征在于，还包括如前所述的焊具；所述焊具的搅拌头的本体部与主轴同轴相连，在电机的输出驱动下，所述搅拌头随主轴而旋转。

本实用新型同构对搅拌头做减材并设置套管，对现有的搅拌摩擦焊的焊具进行了改进，具有如下优点：

1.通过减小搅拌头与静止轴肩之间配合处的直径减小，减小器件磨损，延长使用寿命；2.通过设置套管结构，防止静止轴肩与搅拌头缝隙填充材料与搅拌头之间接触，进而减小搅拌头的磨损程度；3.当缝隙内部进入较多的焊接材料后，摩擦程度增加，套管的被动旋转可以减少焊接材料与套管之间的摩擦，减少不必要热量的产生，减低主轴功率的消耗。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。