一种填充式双轴肩搅拌摩擦工具的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种填充式双轴肩搅拌摩擦工具，包括搅拌针、空腔轴肩和下轴肩，所述空腔轴肩设有导料腔，导料腔内设有填充棒，导料腔下端设有限制填充棒移出的限位凸台，填充棒与推进系统连接，推进系统一端与安装在搅拌针上的压板连接，另一端位于导料腔内；所述空腔轴肩安装在搅拌针上，空腔轴肩下方安装有下轴肩形成双轴肩。本发明的填充式双轴肩搅拌摩擦工具，在搅拌针高速旋转的过程中，填充棒位于空腔轴肩下端的一端受热软化，在推进系统的推动下，不断的进入到焊接区域，提高了焊接质量；而且由于填充棒被进系统不断的挤压进入焊接区域，在焊接结束的时候不会出现填充不足的缺陷，焊接开始和结束的焊接质量一致，接头焊接强度好。
【专利说明】
一种填充式双轴肩搅拌摩擦工具
技术领域
[0001]本发明涉及填充式双轴肩搅拌摩擦工具，属于焊接领域。
【背景技术】
[0002]双轴肩揽摔摩擦焊(BobbinTool Frict1n Stir Welding，简称BTFSW)是近年来继搅拌摩擦焊之后衍生出来的焊接技术。双轴肩搅拌摩擦焊除了具有普通搅拌摩擦焊技术的优点外，还可以焊接具有复杂形状的中空构件;另外，由于双轴肩搅拌摩擦焊搅拌工具刚度较大，故可以承受较大的焊接载荷焊接较厚的工件，在航空、航天、船舶、列车、电力和重型兵器等方面得到成功应用。
[0003]尽管利用搅拌摩擦焊接方法可以获得高质量的焊接接头，但是在工程实际操作中，焊缝内部经常会出现如空洞、隧道等缺陷，尤其是在焊接的后段，很容易出现由于填充不足引起的隧道缺陷。由于搅拌摩擦焊接方法的特点，很难再进行补焊，那么后段焊接接头强度会有较大幅度的降低，直接影响焊接结构的承载能力和效率;采用摩擦塞焊可以解决局部空腔的焊接问题，摩擦塞焊实际上是耗材摩擦焊接，工具为旋转移动的塞棒，摩擦使具有缺陷的焊缝和塞棒处于塑性状态，形成焊缝，如专利(申请号:CN200910308559.X)所描述，但是这种方法与常规搅拌摩擦焊原理相差较多，且需要焊前准备工作繁琐、难以保证焊缝前后强度一致性，难于在双轴肩搅拌摩擦焊中实现，同时这种方法也失去了搅拌摩擦焊接的表面光洁、无需填充材料的优点。
[0004]因此设计出一种既具备传统搅拌摩擦头焊接功能、又能最大程度地避免焊缝隧道缺陷的搅拌头及其使用方法，成为了一个新的重要任务。
【发明内容】
[0005]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种填充式双轴肩搅拌摩擦工具，在推进系统的强迫作用下，软化后的填充棒进入到焊缝中，从而达到弥补焊接过程中材料的损失的目的，继而提高焊缝强度。
[0006]技术方案:为解决上述技术问题，本发明的一种填充式双轴肩搅拌摩擦工具，包括搅拌针、空腔轴肩和下轴肩，所述空腔轴肩设有导料腔，导料腔内设有填充棒，导料腔下端设有限制填充棒移出的限位凸台，填充棒与推进系统连接，推进系统一端与安装在搅拌针上的压板连接，另一端位于导料腔内；所述空腔轴肩安装在搅拌针上，空腔轴肩下方安装有下轴肩形成双轴肩。
[0007]作为优选，所述推进系统包含弹簧和导杆，所述导杆与压板连接，弹簧套在导杆上，弹簧一端位于导料腔内挤压填充棒。
[0008]作为优选，所述填充棒完全消耗完毕后，弹簧的总压缩力不小于3kg。
[0009]作为优选，所述搅拌针上设有上固定平台，在空腔轴肩上旋入螺钉，通过螺钉头部顶住上固定平台锁紧空腔轴肩。
[0010]作为优选，所述搅拌针上设有下固定平台，在下轴肩上旋入螺钉，通过螺钉头部顶住下固定平台锁紧下轴肩。
[0011]作为优选，所述压板通过第一锁紧螺母固定在搅拌针上。
[0012]作为优选，所述下轴肩通过第二锁紧螺母固定在搅拌针上。
[0013]作为优选，所述填充棒与被焊接工件材质相同。
[0014]有益效果:本发明的填充式双轴肩搅拌摩擦工具，在搅拌针高速旋转的过程中，填充棒位于空腔轴肩下端的一端受热软化，在推进系统的推动下，不断的进入到焊接区域，提高了焊接质量，且填充金属的成分根据具体的焊接要求可以方便更改，实用性强;而且由于填充棒被进系统不断的挤压进入焊接区域，在焊接结束的时候不会出现填充不足的缺陷，焊接开始和结束的焊接质量一致，接头焊接强度好。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构示意图。
[0016]图2为空腔轴肩与搅拌针的配合示意图。
[0017]图3为下轴肩与搅拌针的配合示意图。
【具体实施方式】
[0018]如图1至图3所示，本发明的一种填充式双轴肩搅拌摩擦工具，包括搅拌针2、空腔轴肩8和下轴肩4，所述空腔轴肩8设有导料腔，导料腔10内设有填充棒7，导料腔下端设有限制填充棒7移出的限位凸台11，导料腔的直径略大于填充棒7的直径，限位凸台11的内径直径小于填充棒7的直径，填充棒7与推进系统连接，推进系统一端与安装在搅拌针2上的压板5连接，另一端位于导料腔10内，推进系统包含弹簧3和导杆6，所述导杆6与压板5连接，压板5通过螺纹与搅拌针2连接，压板5通过第一锁紧螺母I固定在搅拌针2上，可以调节压板5相对搅拌针2的位置，弹簧3套在导杆6上，弹簧3—端位于导料腔内挤压填充棒7;所述空腔轴肩8安装在搅拌针2上，所述搅拌针2上设有上固定平台1-2，在空腔轴肩8上旋入螺钉，通过螺钉头部顶住上固定平台1-2锁紧空腔轴肩8，空腔轴肩8下方安装有下轴肩4形成双轴肩，所述搅拌针2上设有下固定平台1-1，在下轴肩4上旋入螺钉，通过螺钉头部顶住下固定平台1-1锁紧下轴肩4，下轴肩4通过第二锁紧螺母9固定在搅拌针2上。
[0019]在本发明中，搅拌针2选择高温合金进行加工，空腔轴肩8上方的搅拌针2表面加工有螺纹，与第一锁紧螺母配合;空腔轴肩8内部的搅拌针2具有上固定平台1-2，用于固定空腔轴肩8与搅拌针2;压板5和导杆6采用普通钢材加工。下轴肩4与搅拌针2的固定方式为:将螺钉拧入螺纹孔2-1内，使之顶紧下固定平台，从而使搅拌针不能相对下轴肩相对旋转。双腔轴肩与搅拌针的配合方式为:将螺钉拧入螺纹孔2-2内，顶紧上固定平台，从而使搅拌针不能相对双腔轴肩旋转。轴肩平台1-3的预设功能是用于安装搅拌针摩擦头整体。空腔轴肩和下轴肩可选用结构钢，加工完螺纹孔、导料腔10、轴肩平台和搅拌针的通孔后须进行热处理。
[0020]一种填充式双轴肩搅拌摩擦工具的安装方法如下:
[0021](I)将搅拌摩擦头空腔轴肩与搅拌针配合安装至合适位置并固定；
[0022](2)下轴肩安装到搅拌针上合适位置用第二锁紧螺母固定下限；
[0023 ] (3)在空腔轴肩中放置两根长度合适的填充棒7;
[0024](4)将弹簧3串接于导杆6上，压入到空腔轴肩中，抵住填充棒7;
[0025](5)将第一锁紧螺母I拧紧，使压板5对弹簧施加压缩力，压缩量根据以下原则:当填充棒料7完全被消耗后，弹簧的总压缩力仍有3kg。
[0026]该搅拌摩擦工具不需要破坏搅拌头的整体结构，搅拌头可重复使用，同时既发挥了传统摩擦焊的优点，又具有耗材量小的特点，容易实现且装配方便。
[0027]在双轴肩搅拌摩擦焊接过程中，由于焊接工具的热膨胀，导致上下轴肩间距变大，从而使焊接区域的工件厚度变大，最终导致焊接区域金属出现孔洞、隧道缺陷。为了保证焊缝内部材质统一，填充棒与被焊工件同材质。
[0028]下面以常规的6061铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接为例进行焊接，使用填充式双轴肩搅拌摩擦工具的焊接流程如下:
[0029](I)选择6061铝合金填充棒材料放入空腔轴肩中；
[0030](2)旋紧第一锁紧螺母1，使弹簧3呈压缩状态，压缩量根据以下原则:当填充棒7完全被消耗后，弹簧的总压缩力仍有3kg;
[0031](3)将双轴肩搅拌摩擦焊工具装配完成并安装在搅拌摩擦焊机上；
[0032](4)启动焊机主电机，使搅拌摩擦焊具旋转；
[0033](5)可以正式开始焊接；
[0034](6)焊接过程中，当第一压力传感器12和第二压力传感器13输出的平均值没有发生改变时，需加大旋转速度或降低焊接速度。
[0035](7)焊接结束后，为了防止导致填充棒7粘在空腔轴肩上，需要准备一定的氢氧化钠水溶液浸泡搅拌头，最后拆卸部件，更换填充棒，即可重复使用。
[0036]焊接结束后，由于6061铝合金棒及时填充因搅拌针轴向膨胀引起的空腔中，避免了孔洞和隧道缺陷的生成，提高了焊接质量。
[0037]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种填充式双轴肩搅拌摩擦工具，其特征在于:包括搅拌针、空腔轴肩和下轴肩，所述空腔轴肩设有导料腔，导料腔内设有填充棒，导料腔下端设有限制填充棒移出的限位凸台，填充棒与推进系统连接，推进系统一端与安装在搅拌针上的压板连接，另一端位于导料腔内；所述空腔轴肩安装在搅拌针上，空腔轴肩下方安装有下轴肩形成双轴肩。2.根据权利要求1所述的填充式双轴肩搅拌摩擦工具，其特征在于:所述推进系统包含弹簧和导杆，所述导杆与压板连接，弹簧套在导杆上，弹簧一端位于导料腔内挤压填充棒。3.根据权利要求2所述的填充式双轴肩搅拌摩擦工具，其特征在于:所述填充棒完全消耗完毕后，弹簧的总压缩力不小于3kg。4.根据权利要求1所述的填充式双轴肩搅拌摩擦工具，其特征在于:所述搅拌针上设有上固定平台，在空腔轴肩上旋入螺钉，通过螺钉头部顶住上固定平台锁紧空腔轴肩。5.根据权利要求1所述的填充式双轴肩搅拌摩擦工具，其特征在于:所述搅拌针上设有下固定平台，在下轴肩上旋入螺钉，通过螺钉头部顶住下固定平台锁紧下轴肩。6.根据权利要求1所述的填充式双轴肩搅拌摩擦工具，其特征在于:所述压板通过第一锁紧螺母固定在搅拌针上。7.根据权利要求1所述的填充式双轴肩搅拌摩擦工具，其特征在于:所述下轴肩通过第二锁紧螺母固定在搅拌针上。8.根据权利要求1所述的填充式双轴肩搅拌摩擦工具，其特征在于:所述填充棒与被焊接工件材质相同。
【文档编号】B23K20/12GK106001901SQ201610446629
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】李瑞峰, 周洋, 陈书锦, 倪瑞洋, 石明霄
【申请人】江苏科技大学