一种具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具的制作方法
【专利摘要】一种具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具，本发明涉及一种搅拌摩擦焊焊具，本发明为了解决现有搅拌摩擦焊过程中存在的轴肩及搅拌针产热过高、厚度方向上温度梯度过大、轴肩及搅拌针易发生磨损折断等问题。本发明的第一搅拌头的轴心处设有第一进水管安装孔，所述第一进水管安装孔由下至上依次为第一进水管固定孔、第一过渡孔和第一进水孔，第一进水管固定孔的下端为第一封闭端，且第一封闭端位于第一搅拌针处，第一定位台肩处沿径向设有多个第一出水孔，每个第一出水孔与第一进水管固定孔相通，第一进水管设置在第一进水管安装孔中，多个第一密封胶圈设置在第一进水管与第一进水管固定孔之间。本发明用于搅拌摩擦焊。
【专利说明】
一种具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具
技术领域
[0001]本发明涉及一种搅拌摩擦焊焊具，具体涉及一种具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具。
【背景技术】
[0002]搅拌摩擦焊(Frict1n Stir Welding)是1991年在英国焊接研究所(TWI)发明的一种新型固相连接方法，克服了传统熔焊过程中易产生的裂纹和气孔等焊接缺陷问题，使难于熔焊的部分材料实现了可靠的优质连接，其工作原理是用一个具有轴肩(或带有搅拌针)的焊具进行高速旋转，工具与工件之间产生大量的摩擦热和塑性变形热，使工件材料局部塑化，当焊具沿着焊接界面向前移动时，塑化材料在焊具的作用下用返回侧流向前进侧，并在焊具的挤压作用下形成致密的固相接头。
[0003]然而，常规的搅拌摩擦焊存在着如下缺点:(I)、在搅拌摩擦焊接薄板过程中，由于剧烈的搅拌摩擦作用，轴肩与被焊工件间产热过高，被焊工件接头处热机影响区及热影响区晶粒易发生粗化，导致接头力学性能显著下降，并影响了焊缝成形；(2)在搅拌摩擦焊接厚板过程中，产热主要集中于轴肩与上表面处，导致工件厚度方向上温度梯度过大，同时由于搅拌针处温度较高，焊接过程中易发生磨损，甚至折断。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有搅拌摩擦焊过程中存在的轴肩及搅拌针产热过高、厚度方向上温度梯度过大、轴肩及搅拌针易发生磨损折断等问题，提出一种具有冷却功能的搅拌摩?祭焊焊具。
[0005]本发明的方案一:一种具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具，所述焊具为中心冷却一体式带针搅拌摩擦焊焊具，该焊具包括第一搅拌头、第一进水管和多个第一密封胶圈，第一搅拌头包括第一搅拌针、第一定位台肩、第一圆柱体和第一夹持柄，第一搅拌针、第一轴肩、第一定位台肩、第一圆柱体和第一夹持柄依次由下至上制成一体，第一定位台肩的下端面为第一轴肩，第一轴肩的下端面为第一内凹面，第一搅拌针位于第一轴肩端面的轴心处，第一定位台肩的外表面为锥形，其锥形下端直径小于上端直径，所述第一搅拌头的轴心处设有第一进水管安装孔，所述第一进水管安装孔由下至上依次为第一进水管固定孔、第一过渡孔和第一进水孔，第一进水管固定孔的下端为第一封闭端，且第一封闭端位于第一搅拌针处，第一定位台肩处沿径向设有多个第一出水孔，每个第一出水孔与第一进水管固定孔相通，第一进水管设置在第一进水管安装孔中，多个第一密封胶圈设置在第一进水管与第一进水管固定孔之间。
[0006]本发明的方案二:一种具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具，所述焊具为中心冷却一体式无针搅拌摩擦焊焊具，该焊具包括第二搅拌头、第二进水管和多个第二密封胶圈，第二搅拌头包括第二定位台肩、第二圆柱体和第二夹持柄，第二定位台肩、第二圆柱体和第二夹持柄依次由下至上制成一体，第二定位台肩的下端面为第二轴肩，第二轴肩的下端面为第二内凹面，第二定位台肩的外表面为锥形，其锥形下端直径小于上端直径，所述第二搅拌头的轴心处设有第二进水管安装孔，所述第二进水管安装孔由下至上依次为第二进水管固定孔、第二过渡孔和第二进水孔，第二进水管固定孔的下端为第二封闭端，且第二封闭端位于第二轴肩处，第二定位台肩处沿径向设有多个第二出水孔，每个第二出水孔与第二进水管固定孔相通，第二进水管设置在第二进水管安装孔中，多个第二密封胶圈设置在第二进水管与第二进水管固定孔之间。
[0007]本发明的方案三:一种具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具，所述焊具为局部冷却分体式搅拌摩擦焊焊具，该焊具包括第三搅拌头、第三搅拌针、第三密封胶圈和第四密封胶圈，第三搅拌头包括第三定位台肩、第三圆柱体和第三夹持柄，第三定位台肩、第三圆柱体和第三夹持柄依次由下至上制成一体，第三定位台肩的下端面为第三轴肩，第三轴肩的下端面为第三内凹面，第三定位台肩的外表面为锥形，其锥形的下端直径小于上端直径，所述第三搅拌头的轴心处设有第三安装孔，所述第三安装孔由下至上依次为第三搅拌针固定孔、第三过渡孔和第三通孔，第三定位台肩处的轴心设有与第三搅拌针固定孔相通的环形水槽，第三定位台肩处沿径向设有第三进水孔和第三出水孔，第三进水孔和第三出水孔均与环形水槽相通，所述第三进水孔的直径大于第三出水孔的直径，第三搅拌针的尾部直杆设置在第三搅拌针固定孔中，第三搅拌针的上位于环形水槽的上下端分别设有上凸缘和下凸缘，第三密封胶圈设置在上凸缘的上面且套装在第三搅拌针的尾部直杆上，第四密封胶圈套装在下凸缘上。
[0008]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
[0009]一、本发明利用液冷的方式对搅拌摩擦焊焊具进行强制冷却，大大降低轴肩及搅拌针的温度，防止过热导致的轴肩及搅拌针的磨损、折断，延长了轴肩及搅拌针的寿命。
[0010]二、本发明分别为薄板和中厚板的搅拌摩擦焊设计了不同的具有冷却效应的搅拌摩擦焊焊具，避免工件过热，降低工件在厚度方向上的温度梯度，从而缓解被焊工件发生晶粒粗化现象，提尚接头的力学性能。
[0011]三、本发明可实施性强，能够满足对各种厚度的搅拌摩擦焊的要求。
【附图说明】
[0012]图1是本发明方案一的整体结构主视图；
[0013]图2是图1的A-A剖视图；
[0014]图3是图2的I局部放大图；
[0015]图4是本发明方案二的整体结构主视图；
[0016]图5是图4的B-B剖视图；
[0017]图6是图5的Π局部放大图；
[0018]图7是本发明方案三的整体结构主视图；
[0019]图8是图7的C-C剖视图；
[0020]图9是图8的m局部放大图(图中标记7-4-1为安装定位孔)。
【具体实施方式】
[0021 ]【具体实施方式】一:结合图1?图3说明本实施方式，本实施方式为中心冷却一体式带针搅拌摩擦焊焊具，该焊具包括第一搅拌头1、第一进水管2和多个第一密封胶圈3，第一搅拌头I包括第一搅拌针1-1、第一定位台肩1-3、第一圆柱体1-4和第一夹持柄1-5，第一搅拌针1-1、第一轴肩1-2、第一定位台肩1-3、第一圆柱体1-4和第一夹持柄1-5依次由下至上制成一体，第一定位台肩1-3的下端面为第一轴肩1-2，第一轴肩1-2的下端面为第一内凹面1-2-1，第一搅拌针1-1位于第一轴肩1-2端面的轴心处，第一定位台肩1-3的外表面为锥形，其锥形下端直径小于上端直径，第一搅拌头I的轴心处设有第一进水管安装孔1-6，所述第一进水管安装孔1-6由下至上依次为第一进水管固定孔1-6-1、第一过渡孔1-6-2和第一进水孔1_6_3，第一进水管固定孔1-6_1的下端为第一封闭端1-6_1_1，且第一封闭端1-6-1-1位于第一搅拌针1-1处，第一定位台肩1-3处沿径向设有多个第一出水孔1-3-1，每个第一出水孔1-3-1与第一进水管固定孔1-6-1相通，第一进水管2设置在第一进水管安装孔1-6中，多个第一密封胶圈3设置在第一进水管2与第一进水管固定孔1-6-1之间。第一搅拌针1-1为圆柱体或圆锥体。所述第一进水管2由第一锥形管2-1和第一圆管2-2构成，第一圆管2-2与第一锥形管2-1上下设置且制成一体，第一锥形管2-1的下端直径小于上端直径。冷却液由第一进水管2流入，经第一进水管2的下端后从第一出水孔1-3-1流出，在冷却液流经第一搅拌针1-1区域的同时将第一搅拌针1-1和第一轴肩1-2处冷却。本实施方式主要应用于中厚板(板厚在8mm?15mm)的搅拌摩擦焊，其中冷却液由机床注入，针对于不同板厚、不同材质的被焊工件，可采用不同的进水管直径和流速。所述焊具的材质为高速钢。冷却液采用冷却水或冷却油。
[0022]【具体实施方式】二:结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式为多个第一密封胶圈3沿长度方向均布设置，第一密封胶圈3的内径略小于第一进水管2的外径，第一密封胶圈3的外径略大于第一进水管固定孔1-6-1的孔径。如:第一密封胶圈3的内径为2mm时，第一进水管2的外径为1.5mm?1.8mm，第一密封胶圈3的内径为3mm时，第一进水管2的外径为2.5mm?2.8mm;第一密封胶圈3的外径为3mm时，第一进水管固定孔1_6_1的孔径为2.5mm?2.8mm，第一密封胶圈3的外径为4mm时，第一进水管固定孔1_6_1的孔径为3.5mm?3.8mm。这样设计可以保证阻隔冷却液的向上流动。其它组成及连接与【具体实施方式】一相同。
[0023]【具体实施方式】三:结合图3说明本实施方式，本实施方式为第一定位台肩1-3外表面对应每个第一出水孔1-3-1的外侧设有一个第一凹槽1-3-2。这样设置方便接输水管。其它组成及连接与【具体实施方式】一或二相同。
[0024]【具体实施方式】四:结合图2说明本实施方式，本实施方式为第一搅拌头I的材料采用高速钢或W-Co合金。其它组成及连接与【具体实施方式】三相同。
[0025]【具体实施方式】五:结合图4?图6说明本实施方式，本实施方式为中心冷却一体式无针搅拌摩擦焊焊具，该焊具包括第二搅拌头4、第二进水管5和多个第二密封胶圈6，第二搅拌头4包括第二定位台肩4-3、第二圆柱体4-4和第二夹持柄4-5，第二定位台肩4_3、第二圆柱体4-4和第二夹持柄4-5依次由下至上制成一体，第二定位台肩4-3的下端面为第二轴肩4-2，第二轴肩1-2的下端面为第二内凹面4-2-1，第二定位台肩4-3的外表面为锥形，其锥形下端直径小于上端直径，所述第二搅拌头4的轴心处设有第二进水管安装孔4-6，所述第二进水管安装孔4-6由下至上依次为第二进水管固定孔4-6-1、第二过渡孔4-6-2和第二进水孔4_6_3，第二进水管固定孔4-6-1的下端为第二封闭端4_6_1-1，且第二封闭端4-6-1-1位于第二轴肩4-2处，第二定位台肩4-3处沿径向设有多个第二出水孔4-3-1，每个第二出水孔4-3-1与第二进水管固定孔4-6-1相通，第二进水管5设置在第二进水管安装孔4-6中，多个第二密封胶圈6设置在第二进水管5与第二进水管固定孔1-6-1之间。所述第二进水管5由第二锥形管5-1和第二圆管5-2构成，第二圆管5-2与第二锥形管5-1上下设置且制成一体，第二圆管5-2的下端直径小于上端直径。冷却液由第二进水管5流入，经第二进水管5的下端后从第二出水孔4-3-1流出，在冷却第二液流经轴肩1-2区域的同时将第二轴肩1-2处冷却。本实施方式主要应用于薄板(板厚在2mm以下)的搅拌摩擦焊，其中冷却液由机床注入，针对于不同板厚、不同材质的被焊工件，可采用不同的进水管直径和流速。所述焊具的材质为高速钢。冷却液采用冷却水或冷却油。
[0026]【具体实施方式】六:结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式为多个第二密封胶圈6沿长度方向均布设置，第二密封胶圈6的内径略小于第二进水管5的外径，第二密封胶圈6的外径略大于第二进水管固定孔4-6-1的孔径。如:第二密封胶圈6的内径为2mm时，第二进水管5的外径为1.5mm?1.8mm，第二密封胶圈6的内径为3mm时，第二进水管5的外径为2.5mm?2.8mm;第二密封胶圈6的外径为3mm时，第二进水管固定孔4_6_1的孔径为2.5mm?2.8mm，第二密封胶圈6的外径为4mm时，第二进水管固定孔4_6_1的孔径为3.5mm?3.8mm。这样设计可以保证阻隔冷却液的向上流动。其它组成及连接与【具体实施方式】五相同。
[0027]【具体实施方式】七:结合图6说明本实施方式，本实施方式为第二定位台肩4-3外表面对应每个第二出水孔4-3-1的外侧设有一个第二凹槽4-3-2 ο这样设置方便接输水管。其它组成及连接与【具体实施方式】五或六相同。
[0028]【具体实施方式】八:结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式为第二搅拌头4的材料采用高速钢或W-Co合金。其它组成及连接与【具体实施方式】七相同。
[0029]【具体实施方式】九:结合图7?图9说明本实施方式，本实施方式为局部冷却分体式搅拌摩擦焊焊具，该焊具包括第三搅拌头7、第三搅拌针8、第三密封胶圈9和第四密封胶圈10，第三搅拌头7包括第三定位台肩7-3、第三圆柱体7-4和第三夹持柄7-5，第三定位台肩7-
3、第三圆柱体7-4和第三夹持柄7-5依次由下至上制成一体，第三定位台肩7-3的下端面为第三轴肩7-2，第三轴肩7-2的下端面为第三内凹面7-2-1，第三定位台肩7-3的外表面为锥形，其锥形的下端直径小于上端直径，第三搅拌头7的轴心处设有第三安装孔7-6，第三安装孔7-6由下至上依次为第三搅拌针固定孔7-6-1、第三过渡孔7-6-2和第三通孔7-6-3，第三定位台肩7-3处的轴心设有与第三搅拌针固定孔7-6-1相通的环形水槽7-3-1，第三定位台肩7-3处沿径向设有第三进水孔7-3-2和第三出水孔7-3-3，第三进水孔7_3_2和第三出水孔7-3-3均与环形水槽7-3-1相通，第三进水孔7-3-2的直径大于第三出水孔7-3-3的直径，第三搅拌针8的尾部直杆设置在第三搅拌针固定孔7-6-1中，第三搅拌针8的上位于环形水槽7-3-1的上下端分别设有上凸缘8-1和下凸缘8-2，第三密封胶圈9设置在上凸缘8-1的上面且套装在第三搅拌针8的尾部直杆上，第四密封胶圈10套装在下凸缘8-2上。冷却液由第三进水孔7-3-2流入，经环形水槽7-3-1后从第三出水孔7-3-3流出，在冷却液流经环形水槽7-3-1的同时将第三搅拌针8和第三轴肩7-2冷却。本实施方式采用侧面进液方式，主要应用于各种搅拌摩擦焊，其中冷却液由外加循环冷却液装置注入，针对于不同板厚、不同材质的被焊工件，可采用不同的循环冷却液流速。所述焊具的材质为高速钢。冷却液采用冷却水或冷却油。第三密封胶圈9和第四密封胶圈10可阻隔冷却液从环形水槽7-3-1中溢出。所述第三定位台肩7-3外表面对应第三进水孔7-3-2和第三出水孔7-3-3处分别设有第三凹槽7-3-4。
[0030]【具体实施方式】十:结合图7和图8说明本实施方式，本实施方式为第三搅拌头7和第三搅拌针8采用不同材料，第三搅拌头7采用高速钢，第三搅拌针8采用W-Co合金。其它组成及联接关系与【具体实施方式】九相同。
【主权项】
1.一种具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具，所述焊具为中心冷却一体式带针搅拌摩擦焊焊具，该焊具包括第一搅拌头(I)、第一进水管(2)和多个第一密封胶圈(3)，第一搅拌头(I)包括第一搅拌针(1-1)、第一定位台肩(1-3)、第一圆柱体(1-4)和第一夹持柄(1-5)，第一搅拌针(1-1)、第一轴肩(1-2)、第一定位台肩(1-3)、第一圆柱体(1-4)和第一夹持柄(1-5)依次由下至上制成一体，第一定位台肩(1-3)的下端面为第一轴肩(1-2)，第一轴肩(1-2)的下端面为第一内凹面(1-2-1)，第一搅拌针(1-1)位于第一轴肩(1-2)端面的轴心处，第一定位台肩(1-3)的外表面为锥形，其锥形下端直径小于上端直径，其特征在于:所述第一搅拌头(I)的轴心处设有第一进水管安装孔(1-6)，所述第一进水管安装孔(1-6)由下至上依次为第一进水管固定孔(1-6-1)、第一过渡孔(1-6-2)和第一进水孔(1-6-3)，第一进水管固定孔(1-6-1)的下端为第一封闭端(1-6-1-1)，且第一封闭端(1-6-1-1)位于第一搅拌针(1_1)处，第一定位台肩(1-3)处沿径向设有多个第一出水孔(1-3-1)，每个第一出水孔(1-3-1)与第一进水管固定孔(1-6-1)相通，第一进水管(2)设置在第一进水管安装孔(1-6)中，多个第一密封胶圈(3)设置在第一进水管(2)与第一进水管固定孔(1-6-1)之间。2.根据权利要求1所述的具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具，其特征在于:所述多个第一密封胶圈(3)沿长度方向均布设置，第一密封胶圈(3)的内径略小于第一进水管(2)的外径，第一密封胶圈(3)的外径略大于第一进水管固定孔(1-6-1)的孔径。3.根据权利要求1或2所述的具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具，其特征在于:所述第一定位台肩(1-3)外表面对应每个第一出水孔(1-3-1)的外侧设有一个第一凹槽(1-3-2)。4.根据权利要求3所述的具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具，其特征在于:所述第一搅拌头(I)的材料采用高速钢或W-Co合金。5.—种轴肩及搅拌针具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具，所述焊具为中心冷却一体式无针搅拌摩擦焊焊具，该焊具包括第二搅拌头(4)、第二进水管(5)和多个第二密封胶圈(6)，第二搅拌头(4)包括第二定位台肩(4-3)、第二圆柱体(4-4)和第二夹持柄(4-5)，第二定位台肩(4-3)、第二圆柱体(4-4)和第二夹持柄(4-5)依次由下至上制成一体，第二定位台肩(4-3)的下端面为第二轴肩(4-2)，第二轴肩(1-2)的下端面为第二内凹面(4-2-1)，第二定位台肩(4-3)的外表面为锥形，其锥形下端直径小于上端直径，其特征在于:所述第二搅拌头(4)的轴心处设有第二进水管安装孔(4-6)，所述第二进水管安装孔(4-6)由下至上依次为第二进水管固定孔(4-6-1 )、第二过渡孔(4-6-2)和第二进水孔(4-6-3)，第二进水管固定孔(4-6-1)的下端为第二封闭端(4-6-1-1)，且第二封闭端(4-6-1-1)位于第二轴肩(4_2)处，第二定位台肩(4-3)处沿径向设有多个第二出水孔(4-3-1)，每个第二出水孔(4-3-1)与第二进水管固定孔(4-6-1)相通，第二进水管(5)设置在第二进水管安装孔(4-6)中，多个第二密封胶圈(6)设置在第二进水管(5)与第二进水管固定孔(1-6-1)之间。6.根据权利要求5所述的具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具，其特征在于:所述多个第二密封胶圈(6)沿长度方向均布设置，第二密封胶圈(6)的内径略小于第二进水管(5)的外径，第二密封胶圈(6)的外径略大于第二进水管固定孔(4-6-1)的孔径。7.根据权利要求5或6所述的具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具，其特征在于:所述第二定位台肩(4-3)外表面对应每个第二出水孔(4-3-1)的外侧设有一个第二凹槽(4-3-2)。8.根据权利要求7所述的具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具，其特征在于:所述第二搅拌头(4)的材料采用高速钢或W-Co合金。9.一种轴肩及搅拌针具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具，所述焊具为局部冷却分体式搅拌摩擦焊焊具，该焊具包括第三搅拌头(7)、第三搅拌针(8)、第三密封胶圈(9)和第四密封胶圈(1)，第三搅拌头(7)包括第三定位台肩(7-3)、第三圆柱体(7-4)和第三夹持柄(7-5)，第三定位台肩(7-3)、第三圆柱体(7-4)和第三夹持柄(7-5)依次由下至上制成一体，第三定位台肩(7-3)的下端面为第三轴肩(7-2)，第三轴肩(7-2)的下端面为第三内凹面(7-2-1)，第三定位台肩(7-3)的外表面为锥形，其锥形的下端直径小于上端直径，其特征在于:所述第三搅拌头(7)的轴心处设有第三安装孔(7-6)，所述第三安装孔(7-6)由下至上依次为第三搅拌针固定孔(7-6-1)、第三过渡孔(7-6-2)和第三通孔(7-6-3 )，第三定位台肩(7-3)处的轴心设有与第三搅拌针固定孔(7-6-1)相通的环形水槽(7-3-1)，第三定位台肩(7-3)处沿径向设有第三进水孔(7-3-2)和第三出水孔(7-3-3)，第三进水孔(7-3-2)和第三出水孔(7-3-3)均与环形水槽(7-3-1)相通，所述第三进水孔(7-3-2)的直径大于第三出水孔(7-3-3)的直径，第三搅拌针(8)的尾部直杆设置在第三搅拌针固定孔(7-6-1)中，第三搅拌针(8)的上位于环形水槽(7-3-1)的上下端分别设有上凸缘(8-1)和下凸缘(8-2)，第三密封胶圈(9)设置在上凸缘(8-1)的上面且套装在第三搅拌针(8)的尾部直杆上，第四密封胶圈(10)套装在下凸缘(8-2)上。10.根据权利要求9所述的轴肩及搅拌针具有冷却功能的搅拌摩擦焊焊具，其特征在于:所述第三搅拌头(7)和第三搅拌针(8)采用不同材料，第三搅拌头(7)采用高速钢，第三搅拌针(8)采用W-Co合金。
【文档编号】B23K20/26GK106001907SQ201610594877
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月26日
【发明人】万龙, 谢聿铭, 秦汉, 吕宗亮, 黄体方, 黄永宪
【申请人】哈尔滨万洲焊接技术有限公司