用于金屬復(fù)合板焊接的雙軸肩攪拌頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于焊接工具領(lǐng)域，具體涉及一種用于金屬復(fù)合板焊接的雙軸肩攪拌頭。
【背景技術(shù)】
[0002]異種金屬復(fù)合板作為一種在物理性能、力學(xué)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(fù)合板成型時(shí)，其焊接方法會(huì)受到很大的局限。采用一般的熔化焊方法焊接復(fù)合板時(shí)，熱輸入的不均會(huì)導(dǎo)致一定的變形，同時(shí)會(huì)使得復(fù)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(fù)合板的使用性會(huì)K。
[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(diǎn)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(diǎn):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(diǎn)，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(fù)合板。
[0004]中國專利(103600167A)公開了一種碳素鋼與不銹鋼復(fù)合板的焊接方法。該焊接方法即為利用攪拌摩擦焊對復(fù)合板進(jìn)行焊接，但是為了控制過渡層，在焊前需要對接頭進(jìn)行處理，需要將兩復(fù)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(jìn)行填絲，然后進(jìn)行攪拌摩擦焊。該實(shí)用新型的目的在于控制復(fù)合板過渡區(qū)的混合問題，但是在實(shí)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(dòng)，所以其可控性較差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于金屬復(fù)合板焊接的雙軸肩攪拌頭，通過控制復(fù)合板基板與復(fù)板的塑化金屬流動(dòng)行為，實(shí)現(xiàn)結(jié)合面的層流流動(dòng)狀態(tài)，減少焊接接頭中復(fù)合板基板與復(fù)板之間的不同金屬原子間相互擴(kuò)散形成脆性相，實(shí)現(xiàn)復(fù)合板直接攪拌摩擦焊接成型，有效的解決了復(fù)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(fù)合板焊接過渡區(qū)金屬的混合問題，使得復(fù)合板焊接接頭滿足長期使用要求。
[0006]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為:一種用于金屬復(fù)合板焊接的雙軸肩攪拌頭，包括
[0007]被配置用于固定在攪拌摩擦焊機(jī)主軸的夾持端；
[0008]與夾持端底部固連的上軸肩；
[0009]與上軸肩底部固連的攪拌針；
[0010]與攪拌針底部固連的下軸肩；
[0011]其中，所述攪拌針上設(shè)有至少一個(gè)環(huán)形凸起。
[0012]上述攪拌針上設(shè)有至少兩個(gè)環(huán)形凸起，所述兩個(gè)環(huán)形凸起間隔設(shè)置。
[0013]上述環(huán)形凸起與攪拌針的連接處為圓弧過渡。
[0014]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?yàn)闈u縮型、漸擴(kuò)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?yàn)闈u縮型、漸擴(kuò)型或圓柱型。
[0015]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?yàn)闈u縮型、漸擴(kuò)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?yàn)闈u縮型、漸擴(kuò)型或圓柱型。
[0016]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):(I)攪拌針上的環(huán)形凸起能夠較好的控制復(fù)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(shí)用性強(qiáng)，對實(shí)現(xiàn)雙層金屬復(fù)合板的攪拌摩擦焊的推廣與應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的用于金屬復(fù)合板焊接的雙軸肩攪拌頭的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為現(xiàn)有技術(shù)攪拌頭的焊接原理示意圖。
[0019]圖3為本實(shí)用新型的用于金屬復(fù)合板焊接的雙軸肩攪拌頭的焊接原理示意圖。
[0020]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例一的攪拌針示意圖。
[0021]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例二的攪拌針示意圖。
[0022]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例三的攪拌針示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0024]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(dòng)滿足一定的抽吸一一擠壓理論，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(dāng)攪拌頭旋轉(zhuǎn)引起塑化金屬沿?cái)嚢栳槺砻孑S向流動(dòng)時(shí)，必存在一入口端和一個(gè)出口端。在入口端，有可能形成一瞬時(shí)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迀移運(yùn)動(dòng)。
[0025]結(jié)合圖3，本實(shí)用新型一種用于金屬復(fù)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(fù)合板的結(jié)合面位于環(huán)形凸起4直徑最大處，這相當(dāng)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(gè)區(qū)域劃分為兩個(gè)區(qū)域，為塑性流動(dòng)金屬提供了兩個(gè)入口端與出口端，即為塑性金屬提供了兩個(gè)流動(dòng)空間，使其在焊接過程中形成兩個(gè)瞬時(shí)空腔，使基板與復(fù)板的塑化金屬形成各自的抽吸一一擠壓空腔，并在基板與復(fù)板的結(jié)合面處，兩回旋空腔相擠壓成形完成連接。其特點(diǎn)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(gè)互不干擾的塑性金屬流動(dòng)迀移區(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(fù)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(shí)，對于多層復(fù)合板而言，其所用的攪拌頭上的環(huán)形凸起個(gè)數(shù)N(N ^ I)與復(fù)合板結(jié)合界面數(shù)相符。
[0026]實(shí)施例一
[0027]結(jié)合圖1和圖4，一種用于金屬復(fù)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?cái)嚢栳?周向設(shè)有I個(gè)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