一种拆卸分体式搅拌摩擦焊接工具的方法与流程

本发明涉及材料加工技术领域，具体地涉及一种拆卸分体式搅拌摩擦焊接工具的方法。

背景技术：

搅拌摩擦焊接作为一种新型的固相焊接技术，因其接头具有明显的冶金优势，广泛用于制造航空航天、船舶、汽车及高铁等领域的关键、高性能结构件。在搅拌摩擦焊接过程中，由于较大的力，搅拌工具的针部终会断裂导致焊接终止，此时需更换新的搅拌工具，这显然增加了生产成本，尤其是焊接高熔点金属。

cn101209512a中提出了一种组合式搅拌摩擦焊接工具，其由轴肩和搅拌针装配后形成，且提出不同结构设计和不同材料的轴肩和搅拌针可以互换，以降低成本。然而，在实际生产过程中，搅拌针断裂或磨损（统称为损坏）后拆卸困难，且现有技术中没有一套能够实现搅拌针断裂后拆卸的方法，搅拌针断裂后的焊接工具只能全部丢弃，并未有效降低成本。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明提出一种拆卸分体式搅拌摩擦焊接工具的方法,该方法操作简单，能够有效地完成搅拌针损坏后的拆卸，拆卸效率高，且降低了焊接工具的生产成本。

根据本发明的实施例的拆卸分体式搅拌摩擦焊接工具的方法，所述搅拌摩擦焊接工具包括轴肩和与所述轴肩配合的已损坏搅拌针，所述轴肩的表面粘结有待焊材料，所述方法包括以下步骤：

s1、去除所述轴肩表面的所述待焊材料；

s2、固定所述轴肩；

s3、在所述已损坏搅拌针的外端面进行堆焊以形成堆焊层；

s4、夹持所述堆焊层以取出所述已损坏搅拌针。

根据本发明的实施例的拆卸分体式搅拌摩擦焊接工具的方法，该方法操作简单，能够有效地完成搅拌针损坏后的拆卸，拆卸效率高，且降低了焊接工具的生产成本。

在一些实施例中，在步骤s3中，进行堆焊的同时，对所述轴肩进行强制冷却。

在一些实施例中，进行堆焊的同时，将所述轴肩置于盛有冷却介质的容器内。

在一些实施例中，所述冷却介质为自来水或为自来水和液氮的混合物。

在一些实施例中，所述容器固定在所述轴肩上且顶端开口，所述容器的底端具有与所述轴肩配合的安装孔，所述轴肩通过所述安装孔伸入所述容器内。

在一些实施例中，所述容器的材料为优力胶。

在一些实施例中，采用化学处理方法将所述待焊材料去除。

在一些实施例中，所述搅拌针的基体配合在所述轴肩的第一端内；在步骤s2中，所述轴肩的第二端固定。

在一些实施例中，所述一部分搅拌针包括依次相连的第一段和第二段，所述第一段呈圆锥形，所述第二段外表面具有螺纹，所述轴肩设有配合孔，所述配合孔包括依次相连通的圆锥孔和螺纹孔，所述第一段配合在所述圆锥孔内，所述第二段配合在所述螺纹孔内。

在一些实施例中，所述圆锥孔的直径和所述第一段的直径沿从所述轴肩朝向所述搅拌针的方向逐渐增大。

附图说明

图1是根据本发明实施例的分体式搅拌摩擦焊接工具的整体结构示意图；

图2是根据本发明实施例的分体式搅拌摩擦焊接工具的爆炸图；

图3是根据本发明实施例的搅拌针损坏后的分体式搅拌摩擦焊接工具的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的去除待焊材料时的示意图；

图5是根据本发明实施例的轴肩强制冷却时的示意图；

图6是根据本发明实施例的形成堆焊层后的示意图；

图7是根据本发明实施例的拆卸分体式搅拌摩擦焊接工具的流程图。

附图标记：

轴肩1，搅拌针2，已损坏搅拌针的外端面201，基体21，第一段211，第二段212，端头22，配合孔3，圆锥孔31，螺纹孔32，器件4，堆焊层5，冷却介质6，容器7，固定件8，熔焊工具9。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-3所示，分体式搅拌摩擦焊接工具包括轴肩1和搅拌针2，其中，轴肩1的上端设有配合孔3，且配合孔3从轴肩1的上端面向下延伸预定距离。搅拌针2的下端配合在配合孔3内，搅拌针2的上端伸出轴肩1。可以理解的是，分体式搅拌摩擦焊接工具能够对待焊件进行搅拌摩擦焊接，然而，由于在搅拌摩擦焊接过程中，由于较大的力，搅拌针2终会断裂或磨损导致焊接终止，轴肩1内配合有已损坏搅拌针，已损坏搅拌针就有外端面201，轴肩1的表面不可避免地粘结有待焊件的材料（待焊材料）。

如图1-7所示，根据本发明的实施例的拆卸分体式搅拌摩擦焊接工具的方法，即拆除掉断裂在轴肩内的已损坏搅拌针的方法包括以下步骤：

s1、去除轴肩1表面的待焊材料：

在搅拌摩擦焊接过程中，由于轴肩1的上端靠近待焊件，则轴肩1的上端粘接有待焊材料。则具体地，将轴肩1的上端置于盛有一定浓度的能够溶解该待焊材料的溶液的器件4内（如图4所示），通过将轴肩1的上端外表面在该溶液中浸泡，以去除轴肩1表面粘结的待焊材料，即采用化学处理的方式去除待焊材料。更进一步地，溶解待焊材料的溶液不与搅拌摩擦焊接工具的材料发生反应，以避免腐蚀搅拌摩擦焊接工具。采用化学处理方式去除待焊材料时，可以将一个轴肩1进行浸泡，也可以如图4所示的将多个（在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定）轴肩1同时置于去除待焊材料的容器内浸泡。本领域技术人员可以根据实际情况进行确定。

可以理解的是，去除待焊材料的方式可以采用上述溶液溶解的化学处理方式，也可以通过打磨、抛光等的机械方式，本发明并不限于此，本领域技术人员可以根据实际情况需要进行确定。

此外，去除待焊材料以已损坏搅拌针的外端轮廓清晰且利于后续工序的进行为准；并且在浸泡轴肩1表面时，已损坏搅拌针的外端（图1所示的上端）因未粘结待焊材料，可以不用浸泡。

s2、固定轴肩1：

为便于对轴肩1进行操作，需对轴肩1进行固定，具体地，采用固定件8将轴肩1的下端夹持固定，其中固定件8可以为虎钳，可以理解的是，本发明并不限于此，对于固定件8的具体选择本领域技术人员可以根据实际情况需要进行确定，以实现轴肩1的可靠固定为准。

s3、在已损坏搅拌针的外端面201进行堆焊以形成堆焊层5：

为便于实现已损坏搅拌针的夹持，如图5、6所示，采用传统熔焊的熔焊工具9在已损坏搅拌针的外端面201（图1、5中所示的上端面）进行堆焊，以在已损坏搅拌针的外端面形成堆焊层5。可以理解的是，堆焊过程中不能将已损坏搅拌针和轴肩1焊接在一起，堆焊层5的形貌及尺寸只要便于夹持件夹住即可，但需具有足够强度以确保拆卸时不断裂。

s4、夹持堆焊层以取出已损坏搅拌针：

具体地，用夹持件将堆焊层进行夹持，其中夹持件可以为扳手或钳子，可以理解的是，本发明并不限于此，对于夹持件的具体选择本领域技术人员可以根据实际情况需要进行确定，以实现堆焊层5的可靠夹持为准。可以理解的是，若是已损坏搅拌针与轴肩1的配合孔3螺纹配合，则夹持堆焊层5后可沿与所述搅拌针2与轴肩1的旋紧方向相反的方向旋转，以便从配合孔3中取出已损坏搅拌针。

取出已损坏搅拌针后即以完成分体式搅拌摩擦焊接工具的拆卸，从而便于更换新的搅拌针，降低焊接工具的生产成本。

根据本发明的实施例的拆卸分体式搅拌摩擦焊接工具的方法，首先取出待焊材料，再对搅拌针的基体进行堆焊形成堆焊层，堆焊层利于夹持，从而便于将已损坏搅拌针从配合孔内取出，该方法操作简单，能够有效地完成搅拌针断裂后的拆卸，拆卸效率高，且降低了焊接工具的生产成本。

在一些实施例中，在步骤s3中，如图5所示，对已损坏搅拌针的外端面进行堆焊的同时，对轴肩1进行强制冷却。搅拌摩擦焊接工具需具备较高的硬度，然而堆焊时的高温会影响轴肩的硬度，因此，为尽可能保证其硬度不受影响，需对轴肩部位进行强制冷却。

具体地，将轴肩1上端置于盛有冷却介质6的容器7内，以对轴肩1进行强制冷却。其中，冷却介质6可以为自来水或为自来水和液氮的混合物，可以理解的是，本发明并不限于此，本领域技术人员可以根据实际情况对冷却介质进行选择。

在一些可选的实施例中，实施强制冷却时，在轴肩1的上端固定顶端开口的容器7，其中，容器7的底端具有与轴肩1的上端配合的安装孔，轴肩1的上端通过安装孔伸入容器7内。容器7内盛有冷却介质6，冷却介质6的液面与轴肩1的上端面大体平齐。具体地，容器7的材料为优力胶，又称聚氨酯pu弹性体，具有强度好，压缩变形小的特性，且既具有塑料的刚性，又有橡胶的弹性，易于切削、钻孔等加工。

在一些实施例中，已损坏搅拌针包括第一段211，第一段211呈圆锥状，配合孔3包括与第一段211配合的圆锥孔31。圆锥状的第一段211与圆锥孔31能够紧密配合，二者之间不存在间隙，能够解决现有技术中装配后存在间隙的问题，有效避免了装配间隙被塑性金属填充以及搅拌针与孔壁摩擦变形的问题。具体地，如图1所示，第一段211的直径和圆锥孔31的直径从下到上逐渐增大。可以理解的是，第一段211和圆锥孔31的锥度一致，且为了保证搅拌针的强度尽可能高，第一段211和圆锥孔31的锥度不宜过大。当搅拌针直径越小时，锥度应越小，根据实验表明，2.5°～4°的锥度较为适宜。

更进一步地，已损坏搅拌针还包括第二段212，第一段211的下端与第二段212相连，第二段212的外表面具有螺纹，配合孔3还包括与圆锥孔31的下端连通的螺纹孔32，第二段212配合在螺纹孔32内。通过第二段212和螺纹孔32的配合，可以便于装配轴肩和未断裂的搅拌针。其中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

可以理解的是，搅拌针2和轴肩3装配时，将搅拌针2的下端插入配合孔3内，并旋转搅拌针2以将第二段212旋紧在螺纹孔32内，则在步骤s4中，夹持住堆焊层5后可沿与第二段212和螺纹孔32的旋紧方向相反的方向旋转，以便从配合孔3内取出损坏在配合孔3的已损坏搅拌针。

在搅拌针未损坏前，分体式搅拌摩擦焊接工具的搅拌针2包括基体21和与基体21相连的端头22，基体21配合在配合孔3内，端头22伸出轴肩1，端头22呈圆锥状且外表面设有螺纹，端头22的直径从上到下逐渐增大。

基体21包括第一段211和第二段212，端头22、第一段211和第二段212从上到下依次连接，第一段211呈圆锥状且第一段211的直径从下到上逐渐增大，第二段212的外表面设有螺纹，配合孔3包括圆锥孔31和与圆锥孔31的下端连通的螺纹孔32，圆锥孔31的直径从下到上逐渐增大且锥度与第一段211的锥度一致，第一段211配合在圆锥孔31内，第二段212配合在螺纹孔32内。具体地，第二段212呈圆柱状，且第二段212的直径小于第一段211的直径。圆锥状的第一段211与圆锥孔31能够紧密配合，二者之间不存在间隙，能够解决现有技术中装配后存在间隙的问题，有效避免了装配间隙被塑性金属填充以及搅拌针与孔壁摩擦变形的问题。而且，该种结构的分体式搅拌摩擦焊接工具在搅拌针断裂后，采用根据本发明实施例的方法，能够提高已损坏搅拌针的拆卸效率。

可以理解的是，对于搅拌针2的结构和轴肩1内配合孔3的结构，本发明并不限于此，例如柱状的搅拌针2和轴肩1配合在一起，搅拌针损坏后也可以采用本发明的方法完成拆卸，

下面参考附图1-7描述根据本发明具体实施例的拆卸分体式搅拌摩擦焊接工具的方法。

其中，采用的分体式搅拌摩擦焊接工具在搅拌针未损坏前包括上述具体结构的轴肩1和搅拌针2，轴肩1的上端设有配合孔3，搅拌针2包括基体21与基体21相连的端头22，搅拌针2的第一段211的锥度为3°。在搅拌摩擦焊接过程中，基体21断裂在配合孔3内形成已损坏搅拌针，轴肩1的上端外表面粘结有待焊材料。

其中，选用40个上述分体式搅拌摩擦焊接工具分别对铝合金件进行焊接以致断裂，轴肩1的上端面被一层铝合金覆盖，不能清楚的辨别搅拌针的边缘轮廓，不利于后续的堆焊，同时覆盖的铝合金层会影响堆焊的质量。

根据本发明实施例的本拆卸分体式搅拌摩擦焊接工具的方法为：

第一步，选用质量分数40%的氢氧化钠溶解对40个搅拌摩擦焊接工具的轴肩的上端进行约30分钟的浸泡以去除轴肩面的铝层，浸泡后可清楚辨别针部轮廓。浸泡时间与所使用的溶液种类及浓度有关，具体本领域技术人员根据实际情况确定；

第二步，采用虎钳固定轴肩1的下端；

第三步，采用钨极氩弧焊在已损坏搅拌针的外端面201进行堆焊以形成堆焊层5，堆焊时将轴肩1的上端浸于自来水中（即强制冷却），水位与轴肩1的上端面大体平齐。

第四步，采用钳子夹住堆焊层5反向旋转，便拆出已损坏搅拌针。

通过上述方法，最终将40个损坏的搅拌针全部拆出，即拆卸的成功率100%。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。