一种用于真空腔体的摩擦搅拌焊的焊接头及焊接方法与流程

本发明涉及摩擦搅拌焊技术领域，具体涉及一种用于真空腔体的摩擦搅拌焊的焊接头及焊接方法。

背景技术：

摩擦焊是利用工件端面以及焊接部件之间的相互运动、相互摩擦所产生的热，使得工件的焊接部温度升高达到热塑性状态，然后通过搅拌头将两组工件迅速搅拌顶锻至一体，从而完成焊接的一种方法。摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料，包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料。由于摩擦搅拌焊在进行焊接时腔体受热区域小，可极大的减小腔体的变形；且焊接熔深更高可以提高产品的成品率，同时通过搅拌摩擦焊焊接后的外部焊缝更加美观。由此近年来通过使用摩擦搅拌焊的方式对真空腔体进行焊接的方式正在被逐渐应用。

但是，由于摩擦搅拌焊的本身是通过各部件之间的相互摩擦产生的热量来使工件达到热塑性的状态，由此在焊接搅拌头进行焊接时，需要快速转动以产生摩擦热，但是仅通过摩擦生热来加热工件以达到热塑性的状态所需要的时间较长，由此现有的摩擦搅拌焊的焊接方法焊接耗时较高，从而导致生产效率低下。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于真空腔体的摩擦搅拌焊的焊接头及焊接方法，该装置可快速提高得焊接工件焊接部的温度，从而提高工件的焊接效率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于真空腔体的摩擦搅拌焊的焊接头，包括搅拌头与搅拌针，所述搅拌针固定设置于搅拌头一侧端面处，其特征在于，所述搅拌头上设有预热磨粒部，所述预热磨粒部包括多组摩擦颗粒，所述摩擦颗粒的硬度小于待焊部件的硬度。

在本发明中，进一步的，沿所述搅拌头的轴向开设有多组容置槽，多组所述容置槽内固定穿设有预热磨粒部。

在本发明中，进一步的，所述容置槽与预热磨粒部之间设有施压组件，所述施压组件为预热磨粒部施加压力，使预热磨粒部可脱离容置槽的限制自由向下滑动。

在本发明中，进一步的，所述施压组件包括施压环与缓冲部，所述施压环共轴线套设于搅拌头外侧壁上，所述缓冲部连接于施压环与预热磨粒部之间。

在本发明中，进一步的，所述缓冲部设置为具有形变吸能的弹性件。

在本发明中，进一步的，所述容置槽与搅拌头靠近搅拌针一侧底面的交汇处设有倒角，以使摩擦颗粒更容易进入搅拌头与待焊部件之间的缝隙内。

在本发明中，进一步的，所述预热磨粒部包括生石灰磨摩擦部与反应液容置部，所述生石灰磨摩擦部与反应液容置部间隔设置于多组容置槽内。

同时，本发明还提供一种用于真空腔体的摩擦搅拌焊接方法，用于对第一待焊部件与第二待焊部件之间形成的焊缝进行焊接，其特征在于，

夹装待焊部件，移动第一待焊部件与第二待焊部件，使所述第一待焊部件与第二待焊部件的待结合端部相互拼合以形成待焊接部，然后夹装固定第一待焊部件与第二待焊部件；

提供焊接头，包括搅拌头与搅拌针，所述搅拌针固定设置于搅拌头一侧端面处，沿所述搅拌头的轴向开设有多组容置槽；

安装预热磨粒部，将预热磨粒部穿入容置槽内，并保证在自然状态下预热磨粒部不会与容置槽之间发生相对位移。

施焊步骤，将安装有预热磨粒部的焊接头安装至焊接设备上，并引导所述焊接头沿所述待焊接部移动进行焊接，以形成焊缝。

在本发明中，进一步的，所述安装预热磨粒部包括如下步骤：

选择与容置槽相对应的预热磨粒部；

将预热磨粒部穿入容置槽内，预热磨粒部与容置槽通过过盈配合进行连接固定。

在本发明中，进一步的，对已完成的所述焊缝进行进行磨平处理，保证焊缝处的平整度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的装置通过在焊接头上设置预热磨粒部，通过预热磨粒部上散落的磨粒来增加焊接头端面与待焊接工件之间的摩擦接触面积以及摩擦系数，并由此可加速焊接头与工件之间热量产生的速度，同时也由此缩短了工件达到热塑性状态时的时间，因此可加快焊接头在工件上的移动速度，从而加快焊接速度，以提高焊接效率。

附图说明

图1为本发明中焊接头的总体结构示意图。

图2为本发明中焊接头上安装有施压组件时的总体结构示意图。

图3为本发明中焊接头上安装有施压组件时的总体分解结构示意图。

图4为本发明中搅拌头内所设置的预热磨粒部为由摩擦颗粒通过相互粘合至一体的形式时的剖面结构示意图。

图5为本发明中搅拌头内所设置的预热磨粒部为将摩擦颗粒装入一个撒漏容器内的形式时的剖面结构示意图。

图6为本发明中在预热磨粒部上端加设施压组件是的剖面结构示意图。

图7为本发明中焊接头安装至焊接设备上的总体结构示意图。

附图中：1、搅拌头；10、容置槽；11、收掠口；12、搅拌针；2、预热磨粒部；20、撒漏容器；21、漏嘴；30、反应液容置部；4、施压环；41、支臂；5、缓冲部；61、第一待焊部件；62、第二待焊部件；7、焊缝；8、焊接设备。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参见图1至图7，本发明一较佳实施方式提供一种用于真空腔体的摩擦搅拌焊的焊接头，包括搅拌头1与搅拌针12，所述搅拌针12一体成型固定于搅拌头1在焊接时用于与工件相接触的一侧端面处，另一侧固定安装在焊接机的焊接头夹装部内，通过夹装部的带动来使搅拌头1绕自身的轴线快旋转，在焊接时通过搅拌头1端面与工件表面的快速摩擦来产生热量来使工件达到热塑性的状态，在通过搅拌针12及搅拌头1的锻压作用，使两组工件固定连接至一体。在所述搅拌头1上固定预热磨粒部2，由此通过预热磨粒部2散落或与工件表面摩擦时所掉落的磨擦颗粒来增加工件与摩擦头端面之间的摩擦系数以及接触面积来提高摩擦生热的速度，由此可将工件快速加热至热塑性的状态。

如图1所示，沿所述搅拌头1的轴向开设有多组容置槽10，多组所述容置槽10内穿设有预热磨粒部2。容置槽10可沿搅拌头1的圆周方向均布设置，预热磨粒部2可通过过盈配合固定穿设在多组容置槽10内，后期随着搅拌头1的一起转动，并且在预热磨粒部2刚安装至容置槽10内的初始状态时，预热磨粒部2的摩擦端面高于搅拌头1的摩擦端面，由此在进行焊接的初始状态时，预热磨粒部2先与工件进行摩擦接触，以提供更多的热量来进行预热，方便后续焊接工作的进行，并且在后续的焊接中该预热磨粒部2的端面与搅拌头1的端面会共同与工件的端面相接触，掉落的摩擦颗粒会被挤压至工件与工件之间以提高摩擦生热的效率。预热磨粒部2可根据要针对的焊接工件的不同已进行选择，需要注意的是预热磨粒部2的摩擦颗粒的硬度要小于工件表面的硬度以及搅拌头1的端面，防止摩擦颗粒加剧工件及搅拌头1的磨损。

如图4所示，预热磨粒部2可由摩擦颗粒通过相互粘合至一体形成与容置槽10形状大小相同的预热磨粒部2，然后将预热磨粒部2穿设在容置槽10内，预热磨粒部2与容置槽10之间的配合为过盈配合。常用的摩擦颗粒有石膏和滑石，其颗粒直径在0.1～0.5mm之间，由于石膏和滑石的硬度远小于常用的待焊金属(如铜、铁、铝合金、不锈钢)硬度，所以在使用时不会发生摩擦颗粒对待焊工件表面的划伤。在搅拌头1进行焊接时预热磨粒部2与搅拌头1的端面一起加入到与工件的摩擦生热的过程中，以提高摩擦生热的速度。

另外，如图5所示，预热磨粒部2也可设置为将摩擦颗粒装入一个撒漏容器20内，此撒漏容器20固定安装在容置槽10内部，且该撒漏容器20设有多组漏嘴21，该撒漏容器20的结构与沙漏相同，但是该撒漏容器20是通过利用离心力以及重力共同的作用来实现摩擦颗粒的外泄。也由此撒漏容器20的装载部粘接固定在靠近搅拌头1轴心的位置，其中部分漏嘴21沿径向设置部分漏嘴21沿搅拌头1的轴线方向设置，由此摩擦颗粒可由漏嘴21均匀漏出，在焊接过程中不断提供摩擦颗粒至搅拌头1与工件之间。

如图3和图6所示，所述容置槽10与搅拌头1的圆周侧壁面相贯通，所述容置槽10与预热磨粒部2之间设有施压组件，所述施压组件的施压方向为沿搅拌头1的轴向向靠近工件的一侧进行施压，此时的预热磨粒部2为由摩擦颗粒通过相互粘合至一体形成与容置槽10形状大小相同的预热磨粒部2。通过所述施压部对预热磨粒部2进行施压可保证预热磨粒部2与工件表面相接触的一端与工件表面具有可控制压力，可通过调节施压组件的试压大小来调节预热磨粒部2与工件表面之间的摩擦力的大小由此以便达到更好的摩擦加热效果。

所述施压组件包括施压环4与缓冲部5，所述施压环4共轴线套设于搅拌头1外侧壁上，所述缓冲部5垫设于施压环4与预热磨粒部2之间，施压环4上固定设有多组支臂41，多组支臂41可延伸至对应的容置槽10内部，并通过支臂41与缓冲部5相连接。由此可通过施压环4自身的重力来对预热磨粒部2进行施压，并通过设置的缓冲部5可提供一定的缓冲空间，以平衡各预热磨粒部2的受力情况，所述缓冲部5设置为弹簧或橡胶垫。

所述容置槽10与搅拌头1靠近搅拌针12一侧底面的交汇处设有倒角。所述倒角的尺寸沿搅拌头1的径向向外逐渐减小。由此可形成一个收掠口11通过此设置可将掉落的摩擦颗粒全部收拢至搅拌头1的扫掠路径内以提高摩擦效率，防止摩擦颗粒散落至搅拌头1外侧，而无法被利用。

如图5所示，所述预热磨粒部2包括生石灰磨摩擦部与反应液容置部30，所述生石灰磨摩擦部与反应液容置部30间隔设置于多组容置槽10内。预热磨粒部2设置为生石灰磨摩擦部与反应液容置部30，反应液容置部30内装有水，由此在生石灰通过增加摩擦系数以加快生热以外，还可以通过水与生石灰反映时所产生的热量来进一步加快生热，以加快工件达到热塑性的状态。

生石灰摩擦部可设置为将生石灰磨粒装至撒漏容器20中的形式，反应液容置部30也可以设置为撒漏容器20的形式，在内部装入水即可。

如图7所示，一种用于真空腔体的摩擦搅拌焊接方法，包括如下步骤：

s1:移动第一待焊部件61与第二待焊部件62，使所述第一待焊部件61与第二待焊部件62的待结合端部相互拼合以形成待焊接部，然后通过工作台面上的夹具夹装固定第一待焊部件61与第二待焊部件62；第一待焊部件61与第二待焊部件62即为待焊接的两组工件。

s2:安装固定上述的焊接头至焊接设备8的焊接头安装部上；先选择与容置槽10的形状大小相对应的预热磨粒部2；

然后将预热磨粒部2穿入容置槽10内，预热磨粒部2与容置槽10之间通过过盈配合进行连接固定。根据加工要求来添加施压组件对预热磨粒部2施加压力。

s3:通过控制器上提前编入的移动轨迹规划程序驱动焊接设备8上的焊接臂，再由焊接臂带动所述焊接头沿所述待焊接部移动进行焊接，以形成焊缝7。

通过砂轮或铣床对已经完成的焊缝7进行磨平，去除焊缝表面的摩擦颗粒废渣及残留在焊缝7表面的摩擦擦颗粒。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。