用于金属复合板焊接的双轴肩搅拌头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于焊接工具领域，具体涉及一种用于金属复合板焊接的双轴肩搅拌头。
【背景技术】
[0002]异种金属复合板作为一种在物理性能、力学性能以及连接性能等方面具有较大灵活性的材料，其应用领域十分宽广，但是在应用异种金属复合板成型时，其焊接方法会受到很大的局限。采用一般的熔化焊方法焊接复合板时，热输入的不均会导致一定的变形，同时会使得复合板结合面形成较大的金属间化合物过渡层，从而影响异种金属复合板的使用性倉泛。
[0003]搅拌摩擦焊接方法是一种固态塑化连接技术，自问世以来，搅拌摩擦焊在低熔点金属，尤其是铝合金的焊接领域获得广泛的应用。与其他焊接方法相比，搅拌摩擦焊接技术有下列特点:不产生熔化焊接缺陷、焊接变形小、操作简单、适用于多种材料和接头形式。搅拌摩擦焊具有许多熔化焊接方法无可比拟的优势，特别是它在焊接过程中焊缝金属不熔化即可形成焊缝，其特定的金属塑化温度小于一般金属的熔点，甚至小于一般的金属间化合物形成温度，能够很好的控制焊缝热影响区以及金属间化合物的形成。现在，很少采用搅拌摩擦焊加工异种金属复合板。
[0004]中国专利(103600167A)公开了一种碳素钢与不锈钢复合板的焊接方法。该焊接方法即为利用搅拌摩擦焊对复合板进行焊接，但是为了控制过渡层，在焊前需要对接头进行处理，需要将两复合板对接边的端面上加工出等腰三角形的坡口，对齐后对坡口内进行填丝，然后进行搅拌摩擦焊。该发明的目的在于控制复合板过渡区的混合问题，但是在实际焊接过程中，由于搅拌针的力的作用，很难保证坡口内的预填焊丝不发生相对移动，所以其可控性较差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种用于金属复合板焊接的双轴肩搅拌头，通过控制复合板基板与复板的塑化金属流动行为，实现结合面的层流流动状态，减少焊接接头中复合板基板与复板之间的不同金属原子间相互扩散形成脆性相，实现复合板直接搅拌摩擦焊接成型，有效的解决了复合板上下结合面异种材料大量混合脆化甚至开裂等难题，解决复合板焊接过渡区金属的混合问题，使得复合板焊接接头满足长期使用要求。
[0006]实现本发明目的的技术解决方案为:一种用于金属复合板焊接的双轴肩搅拌头，包括
被配置用于固定在搅拌摩擦焊机主轴的夹持端；
与夹持端底部固连的上轴肩；
与上轴肩底部固连的搅拌针；
与搅拌针底部固连的下轴肩；
其中，所述搅拌针上设有至少一个环形凸起。
[0007]上述搅拌针上设有至少两个环形凸起，所述两个环形凸起间隔设置。
[0008]上述环形凸起与搅拌针的连接处为圆弧过渡。
[0009]上述上轴肩与距离上轴肩最近的环形凸起之间的搅拌针，其形状自上轴肩向环形凸起的方向为渐缩型、渐扩型或圆柱型；上述下轴肩与距离下轴肩最近的环形凸起之间的搅拌针，其形状自下轴肩向环形凸起的方向为渐缩型、渐扩型或圆柱型。
[0010]上述上轴肩与距离上轴肩最近的环形凸起之间的搅拌针，其形状自上轴肩向环形凸起的方向为渐缩型、渐扩型或圆柱型；上述下轴肩与距离下轴肩最近的环形凸起之间的搅拌针，其形状自下轴肩向环形凸起的方向为渐缩型、渐扩型或圆柱型。
[0011]本发明与现有技术相比，其显著优点:(1)搅拌针上的环形凸起能够较好的控制复合板结合面处异种金属只发生摩擦挤压，减少金属间化合物的形成；(2)能够满足自身的刚性支撑；(3)结构简单，实用性强，对实现双层金属复合板的搅拌摩擦焊的推广与应用具有重要的现实意义。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的用于金属复合板焊接的双轴肩搅拌头的整体结构示意图。
[0013]图2为现有技术搅拌头的焊接原理示意图。
[0014]图3为本发明的用于金属复合板焊接的双轴肩搅拌头的焊接原理示意图。
[0015]图4为本发明实施例一的搅拌针示意图。
[0016]图5为本发明实施例二的搅拌针示意图。
[0017]图6为本发明实施例三的搅拌针示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0019]结合图2，现有的搅拌摩擦焊焊接过程中其金属的塑性流动满足一定的抽吸——挤压理论，即在搅拌摩擦焊条件下，其一端为搅拌头的轴肩，另一端为刚性的底板，焊接过程中搅拌针端部与底板间的距离保持不变，当搅拌头旋转引起塑化金属沿搅拌针表面轴向流动时，必存在一入口端和一个出口端。在入口端，有可能形成一瞬时空腔，周围塑化金属将被吸向此空腔，形成所谓的抽吸效应；在出口端，塑化金属将改变流向并挤压周边金属，形成所谓挤压效应；正是由于空腔对塑化金属朝焊缝中心抽吸作用和挤压作用，使高温塑化金属在搅拌针轴向形成剧烈的迁移运动。
[0020]结合图3，本发明一种用于金属复合板焊接的双轴肩搅拌头的搅拌针3上设有环形凸起4，在搅拌摩擦焊焊接过程中，复合板的结合面位于环形凸起4直径最大处，这相当于在搅拌头的上轴肩2与下轴肩5之间增加了隔断，使搅拌头的上轴肩2与下轴肩5之间的一个区域划分为两个区域，为塑性流动金属提供了两个入口端与出口端，即为塑性金属提供了两个流动空间，使其在焊接过程中形成两个瞬时空腔，使基板与复板的塑化金属形成各自的抽吸一挤压空腔，并在基板与复板的结合面处，两回旋空腔相挤压成形完成连接。其特点在于搅拌针3的环形凸起4的存在使得焊接过程中形成两个互不干扰的塑性金属流动迁移区域，并在结合面处相互挤压完成连接，从而控制双层金属复合板结合面处金属间化合物的形成，提高接头的使用性能。同时，对于多层复合板而言，其所用的搅拌头上的环形凸起个数N(N ^ I)与复合板结合界面数相符。
[0021]实施例一
结合图1和图4，一种用于金属复合板焊接的双轴肩搅拌头，包括夹持端1、上轴肩2、搅拌针3和下轴肩5，上轴肩2 —端与夹持端I连接，另一端与搅拌针3连接，搅拌针3的另一端与下轴肩5连接，沿搅拌针3周向设有I个环形凸起4。上轴肩2与环形凸起4之间的搅拌针3，其形状自上轴肩2向环形凸起4的方向为渐缩型；上述下轴