無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于同種、異種熱塑性材料的連接及材料加工、工件缺陷修補(bǔ)的無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具。
【背景技術(shù)】
[0002]攪拌摩擦焊焊接技術(shù)是一種新穎而有潛力的焊接方法。該方法利用一種特殊工具一攪拌頭，高速旋轉(zhuǎn)并扎入工件，攪拌頭與工件的接觸部位產(chǎn)生了摩擦熱，待其周?chē)饘傩纬伤苄攒浕瘜訒r(shí)開(kāi)始沿焊接方向運(yùn)動(dòng)，焊接過(guò)程中塑化金屬在攪拌頭旋轉(zhuǎn)作用下填充攪拌針后方所形成的空腔，并在攪拌頭軸肩與攪拌針的攪拌及頂端壓力下鍛造形成致密焊縫。該技術(shù)在大量的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用過(guò)程中顯示出一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):(I)、接頭機(jī)械性能良好；
[2]、變形小；(3)、焊接過(guò)程綠色、環(huán)保；(4)、耗材少；(5)、焊接過(guò)程操作簡(jiǎn)便；(6)、焊接缺陷少，一般不產(chǎn)生焊接缺陷；(7)、自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)周期短。
[0003]攪拌摩擦焊被譽(yù)為“綠色焊接技術(shù)”，在航空、航天、船舶、汽車(chē)、電子等眾多領(lǐng)域都得到了大量應(yīng)用，而且應(yīng)用的深度和廣度呈現(xiàn)急速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，具有非常好的開(kāi)發(fā)潛力和應(yīng)用前景。
[0004]攪拌摩擦焊技術(shù)雖然優(yōu)點(diǎn)眾多，但并非完美。焊接過(guò)程中，攪拌頭通常會(huì)向前傾斜一定角度，攪拌頭軸線與焊縫所在平面的法線方向的夾角稱為攪拌頭傾角。攪拌頭的傾角一般為±5°。對(duì)于薄板(厚度為I?6mm)采用小角度，通常為I?2°，對(duì)于中厚板(厚度大于6mm)，根據(jù)被焊接工件的結(jié)構(gòu)和焊接壓力的大小，攪拌頭的傾角通常采用2?5°。攪拌頭與焊縫保持一定的傾斜角，目的是在焊接時(shí)通過(guò)攪拌頭肩部的后沿能夠?qū)缚p施加一定的焊接鍛壓力。而軸肩后沿的擠壓作用防止塑化金屬無(wú)序擠出，易造成焊縫內(nèi)部材料不足而形成孔洞。在直縫焊接時(shí)，保持固定夾角很容易做到，但在平面二維焊接時(shí)，每到焊縫轉(zhuǎn)彎處就需要調(diào)整攪拌針傾斜方向，降低工作效率，如果傾角調(diào)節(jié)不當(dāng)或精度不高，易出現(xiàn)焊接缺陷。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種攪拌摩擦工具端面與被焊工件表面呈0°夾角，并以一定的旋轉(zhuǎn)速度及通過(guò)設(shè)備動(dòng)力裝置和控制裝置，與被焊工件表面接觸，并對(duì)被焊工件施加法向壓力，且在被焊工件上停留一定時(shí)間之后進(jìn)行焊接的無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具.其能夠顯著降低平面二維焊接過(guò)程中轉(zhuǎn)彎處需要調(diào)整攪拌針傾斜方向所需時(shí)間及傾角調(diào)節(jié)不當(dāng)或精度不高，造成的焊接缺陷，大幅提高焊接質(zhì)量和焊接效率。
[0006]本實(shí)用新型的一目的是提供一種無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接方法，包括如下步驟，
[0007]步驟一、將被焊材料固定于工作臺(tái)上，被焊材料的焊接處形成焊道；
[0008]步驟二、攪拌頭置于被焊材料的焊接面上方，此時(shí)，攪拌頭的軸線方向與被焊材料的法線方向重合；
[0009]步驟三、攪拌頭旋轉(zhuǎn)并下降到位，攪拌頭上的攪拌針處于焊道中，對(duì)焊道周?chē)谋缓覆牧线M(jìn)行旋轉(zhuǎn)摩擦加熱，使焊道周?chē)谋缓覆牧鲜軣嵝纬伤苄攒浕?，并沿著焊道方向移?dòng)，這個(gè)過(guò)程中，攪拌頭軸肩上的鍛壓凸臺(tái)一直與被焊材料的焊接表面保持接觸進(jìn)行鍛壓；
[0010]步驟四、在攪拌頭移動(dòng)到焊道末端時(shí)，攪拌針開(kāi)始離開(kāi)焊道向上回抽，攪拌頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并沿著焊接方向前進(jìn)，鍛壓凸臺(tái)與被焊材料的焊接面保持接觸；在攪拌針回抽過(guò)程中，攪拌針緩慢脫離焊道，直至攪拌針完全拔出，完成焊接過(guò)程。
[0011]進(jìn)一步地，為了焊道末端避免產(chǎn)生匙孔，在步驟四中，攪拌頭移動(dòng)到焊道末端時(shí)，攪拌頭的沿焊道的移動(dòng)速度降低，這樣能夠預(yù)留給攪拌針緩慢回抽的時(shí)間。
[0012]進(jìn)一步地，為了使焊接完成的焊接面快速融為一體，在攪拌針對(duì)焊道周?chē)谋缓覆牧线M(jìn)行摩擦加熱焊接完成并沿著焊道前進(jìn)后，采用冷卻裝置對(duì)已焊接完成的焊接面進(jìn)行冷卻。通過(guò)冷卻裝置噴灑冷卻介質(zhì)，使焊接完成的焊接面快速冷卻并融合成整體。
[0013]進(jìn)一步地，為了冷卻介質(zhì)干擾攪拌針的摩擦發(fā)熱，所述冷卻裝置的冷卻出口端與攪拌針之間保持8cm-20cm之間的距離。冷卻裝置噴出的冷卻介質(zhì)不會(huì)對(duì)攪拌頭軸肩、攪拌針的摩擦熱量產(chǎn)生影響。
[0014]進(jìn)一步地，在攪拌針對(duì)被焊材料進(jìn)行摩擦加熱過(guò)程中，溫度傳感器對(duì)攪拌針的溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到的溫度低于設(shè)置溫度時(shí)，溫度傳感器將溫度信號(hào)傳遞給控制置于攪拌針內(nèi)加熱裝置的控制器，控制器則控制加熱裝置對(duì)攪拌針進(jìn)行加熱使其達(dá)到設(shè)定的溫度。這樣在攪拌頭軸肩、攪拌針摩擦熱量不足時(shí)，通過(guò)加熱裝置攪拌針進(jìn)行加熱，促使被焊材料熔化更好的焊接。
[0015]本實(shí)用新型的另一目的是提供一種無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具，包括中空結(jié)構(gòu)的攪拌頭、設(shè)置于攪拌頭中空結(jié)構(gòu)中的可轉(zhuǎn)動(dòng)且可伸縮于攪拌頭中的攪拌針，所述攪拌頭與攪拌針的軸線重合，在攪拌頭的軸肩上設(shè)置有鍛壓凸臺(tái)，該鍛壓凸臺(tái)的高度低于攪拌針伸出攪拌頭后攪拌部分的長(zhǎng)度。
[0016]進(jìn)一步地，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)攪拌針的加熱，促使被焊接材料的更好熔化，在攪拌針內(nèi)部設(shè)有加熱裝置，以及用于檢測(cè)攪拌針溫度的溫度傳感器，溫度傳感器將檢測(cè)到的溫度傳輸給控制加熱裝置工作的一控制器。
[0017]進(jìn)一步地，所述軸肩為向內(nèi)凹陷或者雙凹環(huán)結(jié)構(gòu)或螺旋結(jié)構(gòu)。這樣軸肩即能頂壓在被焊材料的焊接面上，起到攪拌摩擦的作用，另外還可以防止攪拌摩擦過(guò)程中，摩擦飛濺的作用。
[0018]所述攪拌針的攪拌部分為錐形或圓柱或在錐形、圓柱表面設(shè)置的螺旋型。
[0019]上述技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題:即現(xiàn)有焊接過(guò)程中，為了在焊接時(shí)攪拌頭肩部的后沿能夠?qū)缚p施加一定的焊接鍛壓力，對(duì)此需在設(shè)備上設(shè)置傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以滿足焊接時(shí)攪拌頭軸肩后沿部位對(duì)焊縫起到鍛壓作用，這在直縫焊接過(guò)程中，固定夾角比較容易做到，但在平面二維焊接時(shí)，在帶有曲線的焊縫為了保持一致的焊接傾角，設(shè)備傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就需做出調(diào)整，保持與以前相同的焊接傾角，降低工作效率，如果傾角調(diào)節(jié)不當(dāng)或精度不高，易出現(xiàn)焊接缺陷。采用了本技術(shù)方案，攪拌頭的軸線方向與被焊材料的法線方向重合，這樣攪拌頭的軸肩與被焊材料的焊接面夾角為0°，軸肩上的鍛壓凸臺(tái)能夠與被焊材料的焊接面接觸并壓緊，通過(guò)鍛壓凸臺(tái)與攪拌針的共同作用，擠壓和摩擦被焊材料的雙重作用下塑化、充分融合固相連接，實(shí)現(xiàn)焊接的目的；在整個(gè)焊接過(guò)程中，不必在設(shè)備上設(shè)置傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，降低焊接設(shè)備復(fù)雜性，將攪拌頭軸肩與被焊材料平面法線的角度為O。，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)傾角攪拌摩擦焊接，采用無(wú)傾角攪拌摩擦焊技術(shù)焊接平面二維時(shí)，在焊縫轉(zhuǎn)彎處不需要調(diào)節(jié)攪拌頭角度，減少焊接工序，同時(shí)不必在設(shè)備上設(shè)置傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，降低焊接設(shè)備復(fù)雜性，提高焊接效率。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具的幾種典型攪拌頭示意圖；
[0022]圖3為本實(shí)用新型無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦攪拌頭與獨(dú)立旋轉(zhuǎn)支撐軸肩組成發(fā)雙面攪拌摩擦焊焊接示意圖；
[0023]圖4為本實(shí)用新型無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦攪拌頭與獨(dú)立旋轉(zhuǎn)支撐軸肩組成發(fā)曲面雙面攪拌摩擦焊焊接示意圖；
[0024]圖5為本實(shí)用新型無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接工具的另一實(shí)施結(jié)構(gòu)圖；
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]參照?qǐng)D1，無(wú)傾角自頂鍛攪拌摩擦焊焊接方法，包括如下步驟，
[0027]步驟一、將被焊材料固定于工作臺(tái)上，兩塊被焊材料I的焊接處形成焊道2，被焊材料的厚度為3?10mm ；
[0028]步驟二、攪拌頭3置于被焊材