一种实现焊接区域塑性材料回流的焊具的制作方法

1.本实用新型属于搅拌摩擦焊技术领域，尤其涉及一种实现焊接区域塑性材料回流的焊具。


背景技术：

2.搅拌摩擦焊(friction stir welding,fsw)是一种革命性的新型固态连接技术。不同于传统的惯性摩擦焊(inertia friction welding,ifw)与线性摩擦焊(linear friction welding,lfw)，搅拌摩擦焊具有更高的灵活性，可以实现对接、搭接、t型及点焊等多种接头形式。搅拌摩擦焊焊接过程中，搅拌头旋转着插入被焊工件，搅拌头与母材之间摩擦生热，使母材热塑化，当搅拌头沿着待焊界面移动时，塑化材料由搅拌头前进侧向后部移动，并在搅拌头的轴向锻造作用下实现固相连接。相比于熔化焊接，fsw具有许多优势，比如接头强度高、残余应力低及焊后变形小、焊接过程能耗小、无污染等。由于上述优势，fsw在航空、航天、汽车、高速列车等制造领域应用越来越广泛。
3.fsw过程中的热量由两种方式产生—摩擦产热和塑性流动产热，其中，摩擦产热由界面上的摩擦相互作用与搅拌头
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工件间相对滑动速度决定，而界面相对滑动速度取决于搅拌头周围的塑性流动场；同时，由于材料具有变形抗力，因此材料塑性变形过程中外力需要克服变形抗力做功，由此消耗的机械能转换为热，产热量与变形抗力和变形速率有关；因此两种热量产生方式均受到材料塑性流动的影响。传统的搅拌摩擦搅拌头为实心体，材料的塑性流动主要在搅拌头的表面上，在焊接的过程中材料不能充分流动，产热不均匀，不利的材料流动容易导致接头中产生孔洞、沟槽和s线等缺陷，引起接头力学性能的下降。为了获得优质的焊接接头，减少孔洞、沟槽等缺陷，需要增大材料的塑性流动。
4.现有技术中存在一种能实现焊接区域塑性材料回流的焊具，其搅拌针为空心结构，并在搅拌针两侧开有通孔，以使搅拌针的侧面与端面连通，实现塑性材料的回流，增大焊接过程材料的流动性。但是，由于搅拌针端面存在通孔，为了实现回流，要求搅拌针的实际焊接深度要小于母材的厚度，导致容易产生未焊透的缺陷。
5.需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种实现焊接区域塑性材料回流的焊具，能够提高焊接过程中焊接材料的的流动性，避免接头处产生孔洞、沟槽和s线等缺陷，同时搅拌针端面不必开孔，避免产生未焊透缺陷，提高接头处力学性能，获得性能更加良好的接头，还能避免因塑性软化而导致材料溢出产生飞边，提高焊接质量，提高产品品质，且搅拌头的旋转方向不受限制，提高焊接灵活性，简化操作步骤，提高焊接效率，实用性强。
7.为实现上述目的，本实用新型提出了一种实现焊接区域塑性材料回流的焊具，其特征在于，所述实现焊接区域塑性材料回流的焊具包括搅拌针，所述搅拌针的头部外周面沿轴向间隔开设有多个导流孔，所述搅拌针的头部内设置有空腔，且所述搅拌针的底部封
闭，所述导流孔与所述搅拌针内的所述空腔连通。
8.在一个示例中，所述实现焊接区域塑性材料回流的焊具还包括轴肩，所述轴肩与所述搅拌针固定连接。
9.在一个示例中，所述实现焊接区域塑性材料回流的焊具还包括轴肩，所述轴肩与所述搅拌针可转动连接。
10.在一个示例中，所述搅拌针外周环绕设置有通过所述导流孔的凹槽。
11.在一个示例中，所述导流孔与所述搅拌针外周面相交处设置有切削刃，沿所述搅拌针周向，至少存在一对刀刃朝向相反的所述切削刃。
12.在一个示例中，所述搅拌针顶面沿轴线开设有安装孔，所述安装孔与所述空腔连通；所述实现焊接区域塑性材料回流的焊具还包括封头，所述封头的形状和尺寸适配于所述安装孔的形状和尺寸，所述封头固定安装于所述安装孔内并密封封闭所述安装孔。
13.在一个示例中，所述安装孔的底部向中心凸出形成阶梯孔，所述封头的底部设置有适配于所述阶梯孔的阶梯凸台。
14.在一个示例中，所述封头与所述搅拌针通过螺纹可拆卸连接。
15.在一个示例中，所述实现焊接区域塑性材料回流的焊具还包括夹持柄，所述夹持柄同轴固定连接于所述搅拌针的尾部。
16.在一个示例中，所述夹持柄远离所述搅拌针的一端设置有锁紧螺母，所述锁紧螺母用于与主轴刀柄紧固连接。
17.通过本实用新型提出的一种实现焊接区域塑性材料回流的焊具能够带来如下有益效果：
18.1、本实用新型的实现焊接区域塑性材料回流的焊具，能够提高焊接过程中焊接材料的的流动性，避免接头处产生孔洞、沟槽和s线等缺陷，同时搅拌针端面不必开孔，避免产生未焊透缺陷，提高接头处力学性能，获得性能更加良好的接头，还能避免因塑性软化而导致材料溢出产生飞边，提高焊接质量，提高产品品质，且搅拌头的旋转方向不受限制，提高焊接灵活性，简化操作步骤，提高焊接效率，实用性强。
19.2、通过设置凹槽，能够提升搅拌摩擦效果，提升发热效率，提升焊接效果，还能够为焊接材料的流动提供空间，保证使用效果，实用性强。
20.3、通过设置切削刃，能够切削焊接材料，并将其导入导流孔，实现焊接材料在搅拌针内的流动，保证使用效果，提升焊接品质，且至少存在朝向相反的一对切削刃，保证搅拌针能够正反使用，增强使用性能，实用性强。
21.4、通过设置安装孔和封头，便于清洗搅拌针内的空腔，避免导流孔堵塞，同时避免焊接材料向上流动，保证使用效果，实用性强。
22.5、通过设置阶梯孔和阶梯凸台，能够定位封头的安装位置，保证安装位置准确，还能够避免焊接材料渗入封头与安装孔之间的缝隙，保证封头能够正常拆卸安装，保证使用效果，实用性强。
23.6、通过设置夹持柄，便于与主轴连接，保证连接牢固度，增强使用性能。
24.7、通过设置锁紧螺母，能够进一步增强搅拌针与主轴间的连接牢固度，避免焊接时搅拌针脱离，保证加工过程的正常进行，实用性强。
附图说明
25.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
26.图1为本实用新型的一种实现焊接区域塑性材料回流的焊具的结构示意图；
27.图2为本实用新型的一种实现焊接区域塑性材料回流的焊具的剖视图；
28.图3为本实用新型的封头的结构示意图；
29.图4为本实用新型的封头与搅拌针配合的结构示意图；
30.图5为本实用新型的实现焊接区域塑性材料回流的焊具的另一个实施例的剖视图；
31.图6为本实用新型的搅拌针的横截面的结构示意图。
具体实施方式
32.为了更清楚的阐释本实用新型的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
33.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
34.此外，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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个方案”、“一些方案”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该方案或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个方案或示例中。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方案或示例。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方案或示例中以合适的方式结合。
37.如图1～图6所示，本实用新型的实施例提出了一种实现焊接区域塑性材料回流的焊具，其包括搅拌针1，其中，搅拌针1的头部外周面沿轴向间隔开设有多个导流孔11，搅拌针1的头部内设置有空腔12，且搅拌针1的底部封闭，导流孔11与搅拌针1内的空腔12连通。
本实用新型的实现焊接区域塑性材料回流的焊具，通过设置导流孔11和空腔12，使焊接材料能够在导流孔11和空腔12内流动，能够提高焊接过程中焊接材料的的流动性，避免接头处产生孔洞、沟槽和s线等缺陷，同时搅拌针1端面不必开孔，端面能够触底，能够避免产生未焊透缺陷，提高接头处力学性能，获得性能更加良好的接头，还能避免因塑性软化而导致材料溢出产生飞边，提高焊接质量，提高产品品质，且搅拌头的旋转方向不受限制，提高焊接灵活性，简化操作步骤，提高焊接效率，实用性强。
38.在一个具体地实施例中，搅拌针1开设有两个导流孔11。
39.具体地，实现焊接区域塑性材料回流的焊具还包括轴肩，轴肩与搅拌针1固定连接。通过设置固定连接的轴肩，能够应用于动轴肩焊具。
40.具体地，实现焊接区域塑性材料回流的焊具还包括轴肩，轴肩与搅拌针1可转动连接。通过设置可转动连接的轴肩，能够应用于静轴肩焊具。
41.具体地，搅拌针1外周环绕设置有通过导流孔11的凹槽13。通过设置凹槽13，能够提升搅拌摩擦效果，提升发热效率，提升焊接效果，还能够为焊接材料的流动提供空间，保证使用效果，实用性强。
42.具体地，导流孔11与搅拌针1外周面相交处设置有切削刃14，沿搅拌针1周向，至少存在一对刀刃朝向相反的切削刃14。通过设置切削刃14，能够切削焊接材料，并将其导入导流孔11，实现焊接材料在搅拌针1内的流动，保证使用效果，提升焊接品质，且至少存在朝向相反的一对切削刃14，保证搅拌针1能够正反使用，增强使用性能，实用性强。
43.在一个具体实施例中，搅拌针1开设有两个导流孔11。搅拌针1顺时针旋转时，焊接材料从位于上方的导流孔11流入，从另一个导流孔11流出；搅拌针1逆时针旋转时，焊接材料从位于下方的导流孔11流入，从另一个导流孔11流出。
44.具体地，搅拌针1顶面沿轴线开设有安装孔15，安装孔15与空腔12连通；实现焊接区域塑性材料回流的焊具还包括封头2，封头2的形状和尺寸适配于安装孔15的形状和尺寸，封头2固定安装于安装孔15内并密封封闭安装孔15。通过设置安装孔15和封头2，便于清洗搅拌针1内的空腔12，避免导流孔11堵塞，同时避免焊接材料向上流动，保证使用效果，实用性强。
45.具体地，安装孔15的底部向中心凸出形成阶梯孔16，封头2的底部设置有适配于阶梯孔16的阶梯凸台21。通过设置阶梯孔16和阶梯凸台21，能够定位封头2的安装位置，保证安装位置准确，还能够避免焊接材料渗入封头2与安装孔15之间的缝隙，保证封头2能够正常拆卸安装，保证使用效果，实用性强。
46.具体地，封头2与搅拌针1通过螺纹可拆卸连接。通过设置螺纹连接，便于拆卸与安装封头2，同时保证安装牢固度，保证使用效果，实用性强。
47.具体地，实现焊接区域塑性材料回流的焊具还包括夹持柄，夹持柄同轴固定连接于搅拌针1的尾部。通过设置夹持柄，便于与主轴连接，保证连接牢固度，增强使用性能，实用性强。
48.具体地，夹持柄远离搅拌针1的一端设置有锁紧螺母，锁紧螺母用于与主轴刀柄紧固连接。通过设置锁紧螺母，能够进一步增强搅拌针1与主轴间的连接牢固度，避免焊接时搅拌针1脱离，保证加工过程的正常进行，实用性强。
49.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部
分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
50.以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。