专利名称：一种离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊具的制作方法
技术领域：
本发明属于技术材料加工焊接技术领域，尤其涉及水冷却搅拌摩擦焊接装置。
背景技术：
搅拌摩擦焊(FSW)自1991年TWI发明以来得到了广泛的研究和应用，特别是在低熔点易氧化的铝、镁及其合金焊接方面优势明显，并在铜、钛、复合材料及异种材料的焊接等领域得到广泛研究与推广应用。但是搅拌摩擦焊接过程实质是一个不均匀、不稳定、动态的热力学、塑性流变学和传热、传质与相变过程，从根本上导致接头温度、流变、组织和性能的非对称、非均匀和非连续性，从而使接头多因“弱连接”而破坏并导致接头强度系数下降。为了解决“弱连接”现象，有很多学者和研究人员研究通过水浸或水雾冷却的措施来给焊缝降温，从而提高了 FSW焊接各层的强度、硬度及整体均匀性；或采用动态控制低应力无变形焊接法原理，涉及水雾化热沉系统，一定程度上控制FSW过程的热塑性应力应变场。但水浸和水雾冷却都存在不足之处，那就是使焊接操作变得更加复杂，更为严重的是易产生吸氢缺陷和腐蚀，影响了焊接接头质量。因此寻找一种既能发挥水冷却效果、又能避免吸氢缺陷和腐蚀的措施或装置，成为了一个新的重要任务。
发明内容
发明目的:针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊具，该摩擦焊具通过形成漩涡中心将冷却水排出焊接区域从而形成半干式的焊接环境。 技术方案:为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案:一种离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊具，包括搅拌头和圆筒，所述圆筒与搅拌头的夹持端固接，并套在搅拌头外周围能随搅拌头进行旋转；同时圆筒与搅拌头的中心轴线相互平行且不重合。进一步改进，所述圆筒上端固设有十字形支撑架，该支撑架上设有齿形定位槽，齿形定位槽中设有多个用于安装搅拌头夹持端的定位槽。通过支撑架上不同位置的定位槽，从而可以实现圆筒与搅拌头中心轴线之间的距离可调，进而获得最佳的漩涡中心有效的提闻焊接环境。进一步的，所述齿形定位槽的各齿为圆弧状，且圆弧半径与搅拌头夹持端的半径相同。进一步改进，所述圆筒的底部设有离心刷，该离心刷呈喇叭口向外分布。离心刷呈喇叭口向外围分布，用于高速旋转时，既对冷却水起搅动作用从而产生漩涡；更为重要的是，利用离心力，将残留在圆筒内的水甩出去，从而彻底排出焊接区域内的冷却水；由于离心刷始终与冷却水接触，同时由于离心刷离焊接中心有一段距离，因此不会因为焊接区高温而影响离心刷的质地。
进一步的，所述离心刷与圆筒圆筒同步旋转，且焊接时与焊件表面保持接触。有益效果:与现有技术相比，本发明具有以下优点:利用搅拌摩擦焊具自身的装置即可在焊接位置附近形成局部空气环境；形成的局部空气环境可有效避免水分进入焊缝，进一步提高焊接质量；结构简单、实用性强。该离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊具部件较少、成本低廉、容易实现且装配方便，这对于其推广与应用具有重要的现实意义。
图1为本发明所述离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊具的结构示意 图2为本发明所述支撑架的结构示意图。其中，搅拌头1、圆筒2、支撑架3、离心刷4、齿形定位槽5、定位槽6、螺母7、焊件
8、液面9。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1 2所示，一种离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊具，由搅拌头1、圆筒2和离心刷4组成。其中，圆筒2上端内壁固定有十字形的支撑架3，该支撑架3上设置有齿形定位槽5，齿形定位槽5中设有4个定位槽6。所述搅拌头I的夹持端穿过支撑架3上齿形定位槽5中的定位槽6并竖直设置，然后利用套在搅拌头I最外端的螺母7将支撑架3压紧固定。由于齿形定位槽5中的所有定位槽6中心与圆筒2的中心轴线不重合，因此搅拌头I的中心轴线与圆筒2的中心轴线平行但不重合。另外通过调整搅拌头I在齿形定位槽5中的不同定位槽6的安装，就能实现圆筒2和搅拌头I的中心轴线之间距离的调整，进而获得最佳的漩涡强度。由于圆筒2与搅拌头I的中心轴线不重合，圆筒2、离心刷4搅动冷却水，使冷却水产生了一定强度的漩涡，从而使漩涡中心的大部分冷却水逐渐被排出圆筒2，最后在圆筒2底部的离心毛刷进一步旋转甩动的作用下，即可在焊接位置附近形成局部空气环境，从而在搅拌摩擦头周围形成了一个局部干式环境。所述离心刷4安装于圆筒2的下部，呈喇叭口向外围分布，用于高速旋转时，既对冷却水起搅动作用从而产生漩涡。更为重要的是，利用离心力，将残留在圆筒2内的水甩出去，从而彻底排出焊接区域内的冷却水；由于离心刷4始终与冷却水接触，同时由于离心刷4离焊接中心有一段距离，因此不会因为焊接区高温而影响离心刷4的质地。而离心刷4外圆范围以外的被焊工件则被浸入水中进行冷却；所形成的局部空气环境，可有效避免水分进入焊缝，以保证焊接过程的可靠进行，从而形成了离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊接方式。圆筒2的安装应满足以下条件: 使圆筒2的下端略高于搅拌摩擦头底部的位置，以避免圆筒2在焊接过程中与焊件8接触而磨损；圆筒2的上部通过螺钉与支撑架3固定连接。该搅拌摩擦焊具在工作时，浸入水中的部分不能过浅，以液面9略超过圆筒2高度的2/3为宜，原因在于浸入液面9过浅，尽管搅拌头I会高速旋转，但会使冷却水飞溅且难以形成一定强度的漩涡。该搅拌摩擦焊具能够适应不同的转速和旋向。在焊接前，要避免圆筒2与焊件8接触，但同时需要离心刷4与焊件8接触，搅拌头I开始旋转后，必须等待一段时间，待漩涡形成、圆筒2内冷却水已排干，预热一段时间之后，方可开始正式焊接。由于搅拌摩擦焊时，焊接区的温度很高(可达到600度)，残留在焊件8上圆筒半径范围内的水滴被迅速汽化，从而保证焊接区域内保持干燥的空气环境。本发明的搅拌摩擦焊具准备焊接的主要流程与步骤:
(1)离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊具的安装；
(2)将焊件8固定于水中，在水中的深度以液面9略超过圆筒2高度的2/3为宜；
(3)启动焊机主电机，使搅拌摩擦焊具旋转；
(4)当圆筒2中水被排空后，可以正式开始焊接；
(5)焊接结束后，为了防止冷却太快导致搅拌摩擦头粘在被焊工件上，需要逐渐提升并继续旋转搅拌摩擦焊 具，一段时间后，停止旋转焊接结束。
权利要求
1.一种离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊具，其特征在于:包括搅拌头和圆筒，所述圆筒与搅拌头的夹持端固接，并套在搅拌头外周围能随搅拌头进行旋转；同时圆筒与搅拌头的中心轴线相互平行且不重合。
2.根据权利要求1所述离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊具，其特征在于:所述圆筒上端固设有十字形支撑架，该支撑架上设有齿形定位槽，齿形定位槽中设有多个用于安装搅拌头夹持端的定位槽。
3.根据权利要求2所述离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊具，其特征在于:所述齿形定位槽的各齿为圆弧状，且圆弧半径与搅拌头夹持端的半径相同。
4.根据权利要求2所述离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊具，其特征在于:所述圆筒的底部设有尚心刷，该尚心刷呈喇机口向外分布。
5.根据权利要求3所述离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊具，其特征在于:所述离心刷与圆筒同步旋转，且焊 接时与焊件表面保持接触。
全文摘要
本发明公开了一种离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊具，包括搅拌头和圆筒，所述圆筒与搅拌头的夹持端固接，并套在搅拌头外周围能随搅拌头进行旋转；同时圆筒与搅拌头的中心轴线相互平行且不重合。本发明利用搅拌摩擦焊具自身的装置即可在焊接位置附近形成局部空气环境；形成的局部空气环境可有效避免水分进入焊缝，进一步提高焊接质量；结构简单、实用性强。该离心排水-半干式水下搅拌摩擦焊具部件较少、成本低廉、容易实现且装配方便，这对于其推广与应用具有重要的现实意义。
文档编号B23K20/12GK103223552SQ201310155730
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月28日 优先权日2013年4月28日
发明者陈书锦, 吴云凯, 胥国祥, 胡晓晴 申请人:江苏科技大学