一种可更改式搅拌摩擦焊双轴肩搅拌头的制作方法

本实用新型属于焊接技术领域，涉及一种搅拌摩擦焊，具体涉及一种搅拌摩擦焊用的双轴肩搅拌头。

背景技术：

搅拌摩擦焊是英国焊接研究所于1991年发明的一种固相连接技术，与传统熔化焊相比，搅拌摩擦焊具有焊接温度低、接头残余应力小、焊接工件变形小、污染小等优点。虽然搅拌摩擦焊技术的应用日趋广泛，但常规搅拌摩擦焊一般采用单轴肩搅拌头，在焊接过程中，搅拌头往往需要较大的轴向压力、焊件底部需要刚性垫板支撑；此外，焊接铜、钛等高熔点合金材料或金属厚板时，常规搅拌摩擦焊易出现热量输入不足、焊缝根部未焊透和弱连接等问题。此时，双轴肩搅拌摩擦焊技术作为一种新型的搅拌摩擦焊接方法应运而生。双轴肩搅拌摩擦焊采用具有上、下轴肩的搅拌头，两个轴肩通过与被焊结构厚度相当的搅拌针连接，焊接过程中上下轴肩与搅拌针共同旋转并与被焊材料相互作用实现焊接。双轴肩搅拌摩擦焊具有焊接变形小、焊接过程力小、不需要刚性垫板支撑、产热量大等优点，但是双轴肩搅拌摩擦焊产热过多导致焊缝的力学性能较差、断裂和磨损后造成的浪费等问题还待研究。

焊接过程中，搅拌针的主要作用是能使处于高塑性状态的金属在保持上下流动的同时，沿着搅拌针从前向后流动。搅拌针的形状直接影响了焊缝材料的流动形式，对接头成形产生重要作用。常规圆柱形搅拌针促进塑性金属前后流动的效果较差，焊缝质量受到影响；本实用新型搅拌针具有两个凹槽，可使塑性金属受到凹槽推力的作用，在焊接方向上的流动加强，有利于提高焊缝质量。

双轴肩搅拌头的上下两轴肩是摩擦热主要来源，由于双轴肩搅拌头比单轴肩搅拌头多一个下轴肩摩擦，故而在同等条件下产生的热量也相应较多，导致接头的焊接强度普遍较差，搅拌头的寿命一般也比较短；本实用新型采用下轴 肩锥形结构，减少下轴肩面积，可有效防止下轴肩摩擦产热过多，提高焊缝的力学性能。

常规双轴肩搅拌头上下轴肩间距固定，想改变轴肩间距只能更换搅拌头；双轴肩搅拌头焊接时对上、下轴肩和搅拌针材料要求较高，磨损及断裂等损耗比较严重，对其余部分的材料要求和损耗不大，造成了大量浪费；本实用新型采用下轴肩独立的搅拌头便于更换，下轴肩表面形状可根据使用要求更改，可焊接不同板厚板材，结构简单，灵活性大。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种可更改式搅拌摩擦焊双轴肩搅拌头，其可提高塑性金属的流动性，减少下轴肩摩擦热输入量，可提高焊缝质量和力学性能，对不同板厚工件也可进行焊接。

本实用新型提供的一种可更改式搅拌摩擦焊双轴肩搅拌头，包括连接部1、上轴肩2、搅拌针3、下轴肩4、螺纹杆5、紧定螺钉6、螺母7、对顶螺母8；连接部1为圆柱体，下端设有可与螺纹杆5相适配的内孔，连接部1上还设有可与上轴肩2相适配的安装孔，上轴肩2上部设有与螺纹杆5相适配的内孔，连接部1的内孔可与上轴肩2的内孔位置相对应，搅拌针3上端与上轴肩2的下端固定连接，搅拌针3上部设有长方形截面，下部设有外螺纹，下轴肩4上部为锥型结构，下轴肩4上设有与搅拌针3相适配的内孔，还设有与紧定螺钉6相适配的内螺纹孔，下轴肩4与所述搅拌针3通过内孔与对顶螺母8连接，用紧定螺钉6定位，螺纹杆5两端设有外螺纹，所述连接部1和上轴肩2通过所述螺纹杆5和螺母7固定连接。

所述搅拌针3上部设置有两个长方形截面31，两个长方形截面31以搅拌针轴心为对称轴，呈180度对称设置；在焊接过程中，搅拌针形状能够促进塑性金属流动，提高焊缝质量。

所述上轴肩2下部设置有环形凹槽21，环形凹槽21与上轴肩2同轴，数量为两个。在焊接过程中，所述环形凹槽21有利于散热，提高上轴肩的使用寿命。

本实用新型的有益效果是：下轴肩上部为锥形设计，使下轴肩与工件接触面面积减小，摩擦热输入量大大减少，避免摩擦热输入过多导致热影响区增大及热影响区晶粒粗化，从而能够提高焊缝的力学性能；搅拌针上部设置有长方形截面，焊接过程中，在搅拌针的作用下，塑性金属前后流动能力得到增强，可提高焊缝质量；下轴肩与搅拌针和上轴肩采用分体式设计，可以调节上、下轴肩间距，并根据使用情况可改变下轴肩表面面积，能够适应不同板厚的焊接；结构简单，下轴肩、上轴肩和搅拌针在磨损及断裂等情况下易于更换，节省成本。

附图说明

图1为本实用新型的整体示意图；

图2中2-1、2-2分别为下轴肩剖视图和左视图；

图3中3-1、3-2分别为上轴肩与搅拌针主视图和左视图；

图4中4-1、4-2分别为连接部的剖视图和左视图。

图中标记与对应名称为：连接部1，上轴肩2，搅拌针3，下轴肩4，螺纹杆5，紧定螺钉6，螺母7，对顶螺母8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1～图4所示，本实用新型提出一种可更改式搅拌摩擦焊双轴肩搅拌头，包括连接部1、上轴肩2、搅拌针3、下轴肩4、螺纹杆5、两个紧定螺钉6、两个螺母7、一组对顶螺母8；连接部1为圆柱体，连接部1下端设有可与螺纹杆5相适配的内孔，连接部1上还设有可与上轴肩2相适配的安装孔，上轴肩2上部设有与螺纹杆5相适配的内孔，连接部1的内孔可与上轴肩2的内孔位置相对应，搅拌针3上端与上轴肩2的下端固定连接，成为一体结构，搅拌针3上部设有长方形截面，下部设有外螺纹，与对顶螺母8相适配，下轴肩4上部为锥型结构，下轴肩4上设有与搅拌针3相适配的内孔，还设有与紧定螺钉6相 适配的内螺纹孔，下轴肩4与所述搅拌针3通过内孔与对顶螺母8连接，用紧定螺钉6定位，螺纹杆5两端设有外螺纹，与螺母7相适配，所述连接部1和上轴肩2通过所述螺纹杆5和螺母7固定连接。

如图1、图4所示，所述连接部1的中心处设有与所述上轴肩2相适配的内孔，内孔起到定位和固定连接作用，连接部1径向开有与所述螺纹杆5相适配的圆形通孔；本实用新型使用时，将上轴肩2远离搅拌针3的一侧放入到连接部1的内孔中，并使上轴肩2的内孔与连接部1的内孔位置相对应，在螺纹杆5的一端安装一个螺母7，然后将螺纹杆5穿过连接部1的内孔和上轴肩2的内孔，再通过另一个螺母7进行固定即可。

如图3所示，上轴肩2下部设置有环形散热槽21，数量为2，环形散热槽21的轴线与所述上轴肩2的轴线重合，两个散热槽间隔分布在上轴肩下部，远离搅拌针3的一个散热槽的上表面与所述连接部1的下端面在同一平面上。

搅拌针3与上轴肩2的接触根部设置有两个长方形截面31，长度与板厚相适应，两个长方形截面相互平行，搅拌针3的轴线平行于两个截面且与截面距离相等，其作用是促进塑性金属的流动性，提高焊缝的质量；搅拌针下部直径略小，长度大于对顶螺母长度，且设置有螺纹，螺纹与所述对顶螺母8相配合。

如图2所示，下轴肩4设有与所述搅拌针3相配合的内孔，内孔轴线为下轴肩轴线，径向开有两个与紧定螺钉6相配合的内螺纹孔，紧定螺钉6为内六角无尖锥端紧定螺钉，内螺纹孔长度与紧定螺钉6长度相同；本实用新型在使用时，将搅拌针3穿过下轴肩4内孔，使下轴肩4的上端平面与被焊工件充分接触，用所述对顶螺母8固定下轴肩，起到固定防松的作用，再用紧定螺钉6固定下轴肩4与搅拌针3，防止相对转动；紧定螺钉6与搅拌针3的中部圆柱表面接触。

下轴肩4的位置可以调整，焊接不同厚度工件时，将下轴肩上下移动，设置好上、下轴肩间距以后，再固定下轴肩位置；下轴肩4上部为锥形结构，使下轴肩4与被焊工件的接触面积极大减小，减小摩擦热的输入，提高焊接接头的力学性能；下轴肩4表面面积可以更改，被焊工件厚度不同时，可以适当增 加或减少上表面面积以控制下轴肩摩擦热输入量。

螺纹杆5两端设有与螺母7相配合的外螺纹，螺纹杆5起到固定和传递扭矩作用，螺纹杆5与连接部1和上轴肩2过渡配合；连接部1内孔与上轴肩2上部过渡配合且内孔上端面与上轴肩上端面有一定间隙；采用过渡配合易于拆卸。

本实用新型适合焊接8-20mm厚板材。