用于金屬復合板焊接的雙軸肩攪拌頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接工具領(lǐng)域，具體涉及一種用于金屬復合板焊接的雙軸肩攪拌頭。
【背景技術(shù)】
[0002]異種金屬復合板作為一種在物理性能、力學性能以及連接性能等方面具有較大靈活性的材料，其應(yīng)用領(lǐng)域十分寬廣，但是在應(yīng)用異種金屬復合板成型時，其焊接方法會受到很大的局限。采用一般的熔化焊方法焊接復合板時，熱輸入的不均會導致一定的變形，同時會使得復合板結(jié)合面形成較大的金屬間化合物過渡層，從而影響異種金屬復合板的使用性倉泛。
[0003]攪拌摩擦焊接方法是一種固態(tài)塑化連接技術(shù)，自問世以來，攪拌摩擦焊在低熔點金屬，尤其是鋁合金的焊接領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。與其他焊接方法相比，攪拌摩擦焊接技術(shù)有下列特點:不產(chǎn)生熔化焊接缺陷、焊接變形小、操作簡單、適用于多種材料和接頭形式。攪拌摩擦焊具有許多熔化焊接方法無可比擬的優(yōu)勢，特別是它在焊接過程中焊縫金屬不熔化即可形成焊縫，其特定的金屬塑化溫度小于一般金屬的熔點，甚至小于一般的金屬間化合物形成溫度，能夠很好的控制焊縫熱影響區(qū)以及金屬間化合物的形成?，F(xiàn)在，很少采用攪拌摩擦焊加工異種金屬復合板。
[0004]中國專利(103600167A)公開了一種碳素鋼與不銹鋼復合板的焊接方法。該焊接方法即為利用攪拌摩擦焊對復合板進行焊接，但是為了控制過渡層，在焊前需要對接頭進行處理，需要將兩復合板對接邊的端面上加工出等腰三角形的坡口，對齊后對坡口內(nèi)進行填絲，然后進行攪拌摩擦焊。該發(fā)明的目的在于控制復合板過渡區(qū)的混合問題，但是在實際焊接過程中，由于攪拌針的力的作用，很難保證坡口內(nèi)的預(yù)填焊絲不發(fā)生相對移動，所以其可控性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于金屬復合板焊接的雙軸肩攪拌頭，通過控制復合板基板與復板的塑化金屬流動行為，實現(xiàn)結(jié)合面的層流流動狀態(tài)，減少焊接接頭中復合板基板與復板之間的不同金屬原子間相互擴散形成脆性相，實現(xiàn)復合板直接攪拌摩擦焊接成型，有效的解決了復合板上下結(jié)合面異種材料大量混合脆化甚至開裂等難題，解決復合板焊接過渡區(qū)金屬的混合問題，使得復合板焊接接頭滿足長期使用要求。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種用于金屬復合板焊接的雙軸肩攪拌頭，包括
被配置用于固定在攪拌摩擦焊機主軸的夾持端；
與夾持端底部固連的上軸肩；
與上軸肩底部固連的攪拌針；
與攪拌針底部固連的下軸肩；
其中，所述攪拌針上設(shè)有至少一個環(huán)形凸起。
[0007]上述攪拌針上設(shè)有至少兩個環(huán)形凸起，所述兩個環(huán)形凸起間隔設(shè)置。
[0008]上述環(huán)形凸起與攪拌針的連接處為圓弧過渡。
[0009]上述上軸肩與距離上軸肩最近的環(huán)形凸起之間的攪拌針，其形狀自上軸肩向環(huán)形凸起的方向為漸縮型、漸擴型或圓柱型；上述下軸肩與距離下軸肩最近的環(huán)形凸起之間的攪拌針，其形狀自下軸肩向環(huán)形凸起的方向為漸縮型、漸擴型或圓柱型。
[0010]上述上軸肩與距離上軸肩最近的環(huán)形凸起之間的攪拌針，其形狀自上軸肩向環(huán)形凸起的方向為漸縮型、漸擴型或圓柱型；上述下軸肩與距離下軸肩最近的環(huán)形凸起之間的攪拌針，其形狀自下軸肩向環(huán)形凸起的方向為漸縮型、漸擴型或圓柱型。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點:(1)攪拌針上的環(huán)形凸起能夠較好的控制復合板結(jié)合面處異種金屬只發(fā)生摩擦擠壓，減少金屬間化合物的形成；(2)能夠滿足自身的剛性支撐；(3)結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，對實現(xiàn)雙層金屬復合板的攪拌摩擦焊的推廣與應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的用于金屬復合板焊接的雙軸肩攪拌頭的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為現(xiàn)有技術(shù)攪拌頭的焊接原理示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明的用于金屬復合板焊接的雙軸肩攪拌頭的焊接原理示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明實施例一的攪拌針示意圖。
[0016]圖5為本發(fā)明實施例二的攪拌針示意圖。
[0017]圖6為本發(fā)明實施例三的攪拌針示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0019]結(jié)合圖2，現(xiàn)有的攪拌摩擦焊焊接過程中其金屬的塑性流動滿足一定的抽吸——擠壓理論，即在攪拌摩擦焊條件下，其一端為攪拌頭的軸肩，另一端為剛性的底板，焊接過程中攪拌針端部與底板間的距離保持不變，當攪拌頭旋轉(zhuǎn)引起塑化金屬沿攪拌針表面軸向流動時，必存在一入口端和一個出口端。在入口端，有可能形成一瞬時空腔，周圍塑化金屬將被吸向此空腔，形成所謂的抽吸效應(yīng)；在出口端，塑化金屬將改變流向并擠壓周邊金屬，形成所謂擠壓效應(yīng)；正是由于空腔對塑化金屬朝焊縫中心抽吸作用和擠壓作用，使高溫塑化金屬在攪拌針軸向形成劇烈的遷移運動。
[0020]結(jié)合圖3，本發(fā)明一種用于金屬復合板焊接的雙軸肩攪拌頭的攪拌針3上設(shè)有環(huán)形凸起4，在攪拌摩擦焊焊接過程中，復合板的結(jié)合面位于環(huán)形凸起4直徑最大處，這相當于在攪拌頭的上軸肩2與下軸肩5之間增加了隔斷，使攪拌頭的上軸肩2與下軸肩5之間的一個區(qū)域劃分為兩個區(qū)域，為塑性流動金屬提供了兩個入口端與出口端，即為塑性金屬提供了兩個流動空間，使其在焊接過程中形成兩個瞬時空腔，使基板與復板的塑化金屬形成各自的抽吸一擠壓空腔，并在基板與復板的結(jié)合面處，兩回旋空腔相擠壓成形完成連接。其特點在于攪拌針3的環(huán)形凸起4的存在使得焊接過程中形成兩個互不干擾的塑性金屬流動遷移區(qū)域，并在結(jié)合面處相互擠壓完成連接，從而控制雙層金屬復合板結(jié)合面處金屬間化合物的形成，提高接頭的使用性能。同時，對于多層復合板而言，其所用的攪拌頭上的環(huán)形凸起個數(shù)N(N ^ I)與復合板結(jié)合界面數(shù)相符。
[0021]實施例一
結(jié)合圖1和圖4，一種用于金屬復合板焊接的雙軸肩攪拌頭，包括夾持端1、上軸肩2、攪拌針3和下軸肩5，上軸肩2 —端與夾持端I連接，另一端與攪拌針3連接，攪拌針3的另一端與下軸肩5連接，沿攪拌針3周向設(shè)有I個環(huán)形凸起4。上軸肩2與環(huán)形凸起4之間的攪拌針3，其形狀自上軸肩2向環(huán)形凸起4的方向為漸縮型；上述下軸