專利名稱：能增強攪拌摩擦連接區力學性能的攪拌頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種焊接工具，尤其是一種摩擦焊攪拌頭，具體地說一種可以提高攪拌摩擦連接區力學性能和有效控制攪拌摩擦連接區厚度減薄的攪拌頭。
背景技術：
目前，攪拌摩擦連接(簡稱FSJ，俗稱攪拌摩擦焊，又簡稱FSW)是一種固相連接技術，其是1991年英國焊接研究所(TWI)發明的(發明專利USM60317)，該技術的原理就是把高速旋轉的攪拌頭插入工件中，攪拌頭與工件之間通過攪拌產生熱使工件處于塑性狀態并被破碎、混合，在一定的壓力作用下連接在一起。攪拌摩擦連接其連接區性能要比熔化焊接性能高得多，但與母材相比，其力學性能還是有一定的差距，這對于船舶、飛機等制造業來說，如果連接區的性能不高，易造成事故發生。另外攪拌摩擦連接時，經常出現連接區兩邊“飛邊”現象，這使得連接區厚度降低， 這也是造成連接區力學性能下降的一個原因。英國焊接研究所就攪拌摩擦焊技術申請的中國專利(CN 1144499A)、專利《一種攪拌摩擦焊的焊具》(申請號200710135575. 4)、專利《一種組合式攪拌摩擦焊工具》 (申請號200610135150.9)和專利《一種組合式去飛邊攪拌摩擦焊攪拌頭》(申請號 200710302169.2)中，雖然有些解決了飛邊問題，但效果不是很好，而且連接區力學性能的提高沒有得到體現，這嚴重阻礙了攪拌摩擦連接技術在各大工業制造中的應用。

發明內容
本發明的目的是針對現有的摩擦焊由于攪拌頭結構設計不合理導至焊接過程中易出現焊接缺陷的問題，設計一種能增強攪拌摩擦連接區力學性能的攪拌頭。
本發明的技術方案是
一種能增強攪拌摩擦連接區力學性能的攪拌頭，它主要由整體式攪拌針1和可拆卸式軸肩2及夾持柄3組成，其特征是所述的整體式攪拌針1由柱體1-4和錐形頭部1-5整體相連而成，在柱體1-4的上端設有儲料室1-1，柱體1-4的中心設有與儲料室1-1相通的輸料孔1-2，在錐形頭部1-5上設有徑向噴孔1-3，徑向噴孔1-3與輸料孔1-2相通；所述的可拆卸式軸肩2套裝在柱體1-4上，可拆卸式軸肩2的下端面與錐形頭部1-5的上端面相抵， 可拆卸式軸肩2的上端與也套裝在柱體1-4上的夾持柄30的下端相抵；擠壓活塞3-1的主體伸入儲料室1-4中對其中的填充料4加壓使之通過輸料孔1-2和噴嘴進入焊接區域中， 擠壓活塞3-1的另一端伸出(密封)夾持柄3與施力裝置3-2相連。所述的可拆卸式軸肩2由上軸肩2-1和下軸肩2-2組成，在上軸肩2_1和下軸肩 2-2之間安裝有彈簧2-3。所述的彈簧2-3數量一般為4、6或8個，取偶數便于軸肩受力均勻。所述的填充料4為有利于提高攪拌摩擦連接區力學性能的耐磨、耐腐蝕納米稀土
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所述的徑向噴孔1-3的數量至少為2個。本發明的有益效果
本發明所提供的能增強攪拌摩擦連接區力學性能的攪拌頭，攪拌摩擦連接過程中可以有效的控制連接區力學性能和連接區厚度，避免了攪拌摩擦連接區發生厚度減少現象發生。采用本發明提供的攪拌頭進行攪拌摩擦連接，連接過程中通過攪拌頭在連接區添加增強力學性能的稀有金屬元素，一方面增強了連接區力學性能，另一方面增加了因飛邊而減少的金屬材料，保證了連接區厚度不變。這種攪拌頭既可以提高連接區性能又可以有效控制連接區厚度降低，其大大提高了生產效率和連接區質量。另外可拆卸軸肩上彈簧可以幫助控制連接區金屬的致密性，當連接區金屬松疏，彈簧向下擠壓。當連接區金屬致密，彈簧向上擠壓，這保證了連接區金屬致密性基本一致，從而保證了連接區力學性能的一致性、均勻性。因此，本發明設計的攪拌頭具有著很強的實用性。


圖1為本發明的結構圖。圖2為本發明的整體式攪拌針的結構示意圖。圖3為本發明的可拆卸式軸肩的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。如圖1-3所示。一種能增強攪拌摩擦連接區力學性能的攪拌頭，它主要由整體式攪拌針1和可拆卸式軸肩2及夾持柄3組成，如圖1所示，可拆卸式軸肩2的材料可采用公知的普通鋼材， 整體式攪拌針1則可根據加工材料不同選擇工具鋼和鎢錸合金等，夾持柄3中夾持柄主體 3-3可選擇45#鋼，擠壓活塞3-1可選擇硬質合金鋼。所述的整體式攪拌針1由柱體1-4和錐形頭部1-5整體相連而成，在柱體1-4的上端設有用于裝填填充料4的儲料室1-1，填充料4可采用有利于提高攪拌摩擦連接區力學性能的耐磨、耐腐蝕納米稀土金屬；柱體1-4的中心設有與儲料室1-1相通的輸料孔1-2，在錐形頭部1-5上設有至少2個徑向噴孔1-3， 徑向噴孔1-3與輸料孔1-2相通，如圖2所示；所述的可拆卸式軸肩2套裝在柱體1-4上， 可拆卸式軸肩2的下端面與錐形頭部1-5的上端面相抵，可拆卸式軸肩2的上端與也套裝在柱體1-4上的夾持柄30的下端相抵，可拆卸式軸肩2由上軸肩2-1和下軸肩2-2組成， 在上軸肩2-1和下軸肩2-2之間安裝有彈簧2-3，如圖3所示，彈簧2-3數量一般為4、6或 8個，取偶數便于軸肩受力均勻；擠壓活塞3-1的主體伸入儲料室1-4中對其中的填充料4 加壓使之通過輸料孔1-2和噴嘴進入焊接區域中，擠壓活塞3-1的另一端伸出夾持柄3與施力裝置3-2相連，施力裝置3-2可為液壓裝置、氣動裝置或其它的機械施力裝置，擠壓活塞3-1與夾持柄3主體3-3相接觸部分應采用密封結構，以防止填充料4沿擠壓活塞3-1 的軸向漏出。此外，具體實施時，為了能及時補充填料，還可在夾持柄3上加孔出用于加料的孔，并使加料孔與儲料室1-1相通，在加料孔的入口端加裝密封蓋。
本發明的可拆卸式軸肩2與整體式攪拌針1均為獨立部件，使用時，應將可拆卸式軸肩2套在整體式攪拌針1上。而可拆卸軸肩2上彈簧2-3可以幫助控制連接區金屬的致密性，當連接區金屬松疏，彈簧向下擠壓。當連接區金屬致密，彈簧向上擠壓，這保證了連接區金屬致密性基本一致，從而保證了連接區力學性能的一致性、均勻性。利用本發明的攪拌頭對IOmm厚7022鋁合金進行攪拌摩擦連接，填充料4主要是采用鈷、錳、鎳等混合納米粉末，獲得的連接區厚度基本與母材厚度相同，連接區力學性能為母材的95%左右，而普通的攪拌攪拌摩擦連接7022鋁合金，獲得的連接區厚度為9. 2mm, 連接區力學性能僅為母材的85%左右。本發明的攪拌頭提高了連接區力學性能11.8%，連接區厚度提高了 8.7%。明顯改善了摩擦焊的機械性能。本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
權利要求
1.一種能增強攪拌摩擦連接區力學性能的攪拌頭，它主要由整體式攪拌針(1)和可拆卸式軸肩(2 )及夾持柄(3 )組成，其特征是所述的整體式攪拌針(1)由柱體(1-4 )和錐形頭部(1-5)整體相連而成，在柱體(1-4)的上端設有儲料室(1-1 )，柱體(1-4)的中心設有與儲料室(1-1)相通的輸料孔(1-2)，在錐形頭部(1-5)上設有徑向噴孔(1-3)，徑向噴孔(1-3) 與輸料孔(1-2)相通；所述的可拆卸式軸肩(2)套裝在柱體(1-4)上，可拆卸式軸肩(2)的下端面與錐形頭部(1-5)的上端面相抵，可拆卸式軸肩(2)的上端與也套裝在柱體(1-4)上的夾持柄(30的下端相抵；擠壓活塞(3-1)的主體伸入儲料室(1-4)中對其中的填充料(4) 加壓使之通過輸料孔(1-2)和噴嘴進入焊接區域中，擠壓活塞(3-1)的另一端伸出夾持柄 (3)與施力裝置(3-2)相連。
2.根據權利要求1所述的能增強攪拌摩擦連接區力學性能的攪拌頭，其特征是所述的可拆卸式軸肩(2)由上軸肩(2-1)和下軸肩(2-2)組成，在上軸肩(2-1)和下軸肩(2-2)之間安裝有彈簧(2-3)。
3.根據權利要求2所述的能增強攪拌摩擦連接區力學性能的攪拌頭，其特征是所述的彈簧(2-3)數量一般為4、6或8個，取偶數便于軸肩受力均勻。
4.根據權利要求1所述的能增強攪拌摩擦連接區力學性能的攪拌頭，其特征是所述的填充料(4)為有利于提高攪拌摩擦連接區力學性能的耐磨、耐腐蝕納米稀土金屬。
5.根據權利要求1所述的能增強攪拌摩擦連接區力學性能的攪拌頭，其特征是所述的徑向噴孔(1-3 )的數量至少為2個。
全文摘要
一種能增強攪拌摩擦連接區力學性能的攪拌頭，它主要由整體式攪拌針(1)和可拆卸式軸肩(2)及夾持柄(3)組成，其特征是所述的整體式攪拌針(1)由柱體(1-4)和錐形頭部(1-5)整體相連而成，在柱體(1-4)的上端設有儲料室(1-1)，柱體(1-4)的中心設有輸料孔(1-2)，在錐形頭部(1-5)上設有與輸料孔(1-2)相通的徑向噴孔(1-3)；所述的可拆卸式軸肩(2)套裝在柱體(1-4)上，可拆卸式軸肩(2)的下端面與錐形頭部(1-5)的上端面相抵，可拆卸式軸肩(2)的上端與夾持柄(30的下端相抵；擠壓活塞(3-1)的主體伸入儲料室(1-4)中，擠壓活塞(3-1)的另一端伸出夾持柄(3)與施力裝置(3-2)相連。本發明能減少摩擦焊過程中的基材減薄和飛邊現象，明顯提高焊接件的機械力學性能。
文檔編號B23K20/12GK102350586SQ201110299010
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者修磊, 方淼暉, 段杏林, 汪建利, 汪洪峰 申請人:黃山學院