CN218612232U - 一种垂直零角度搅拌摩擦焊接装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种垂直零角度搅拌摩擦焊接装置，包括有搅拌针和搅拌头主体，其中搅拌针插设在搅拌头主体前端面中间的安装孔内，安装孔的侧壁上装配有顶紧螺栓用于搅拌针的固定。搅拌针的前端面中部为平面，平面外缘与搅拌针前部侧面的圆锥面之间为圆弧过渡，搅拌针的前端面加工有渐开线螺旋沟槽，螺旋沟槽的螺距1mm，螺旋沟槽截面为半径0.25mm的半圆形，螺旋沟槽由内向外呈顺时针分布。有益效果：焊接时能够垂直零角度安装，无需调整装置后倾角，对焊接设备无主轴倾斜、传动及C轴随动等硬件要求，能够实现平面内焊缝的低成本、高质量焊接。能够实现厚度3mm‑6mm内焊接材料的搅拌摩擦焊接，实现搅拌摩擦焊接易磨损组件的快速、低成本更换。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种摩擦焊接装置，特别涉及一种垂直零角度搅拌摩擦焊接装置。
背景技术
目前，搅拌摩擦焊是一种新型固相焊接技术，搅拌摩擦焊利用轴肩和搅拌针与母材之间的搅拌和摩擦作用产生的高温从而实现金属间的焊接连接。搅拌摩擦焊可有效避免铝合金等金属熔化焊时出现的气孔、裂纹等焊接冶金性问题，焊接效率高，环保无污染，因此在航空航天、新能源汽车、轨道交通等领域得到推广和应用。通常搅拌摩擦焊在焊接过程中，焊接装置须调整有2-3°的后倾角，以满足焊接过程中搅拌焊接装置对高温塑性金属的约束和挤压作用，从而形成合格的焊接接头。对后倾角的特殊要求使得搅拌摩擦焊设备必须具有可前后调整角度的刀柄以及相应的连轴器传递主轴扭矩。同时如果想要实现平面内焊缝的焊接，该设备还必须具有C轴随动转向机构，这在一定程度上增加了搅拌摩擦焊设备的硬件技术要求和成本，限制了搅拌摩擦焊技术的应用。垂直固定零角度搅拌摩擦焊装置采用了特殊的机构设计，可实现无后倾角状态下焊接时，搅拌焊装置对焊接金属的摩擦、搅拌、聚拢、挤压和成型作用，减少了对焊接设备的硬件要求，降低了生产成本，具有广阔的应用前景。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决现有的搅拌摩擦焊装置在使用过程中存在的诸多问题，而提供的一种垂直零角度搅拌摩擦焊接装置。
本实用新型提供的垂直零角度搅拌摩擦焊接装置包括有搅拌针和搅拌头主体，其中搅拌针插设在搅拌头主体前端面中间的安装孔内，安装孔的侧壁上装配有顶紧螺栓用于搅拌针的固定。
搅拌针的前端面中部为平面，平面外缘与搅拌针前部侧面的圆锥面之间为圆弧过渡，搅拌针的前端面加工有渐开线螺旋沟槽，螺旋沟槽的螺距1mm，螺旋沟槽截面为半径0.25mm的半圆形，螺旋沟槽由内向外呈顺时针分布。
搅拌针的前部为工作段，搅拌针的工作段为圆锥形，工作段底部直径7mm，工作段端部直径5mm，工作段的外锥面设置有正旋凹槽，正旋凹槽的间距为1mm，正旋凹槽呈V形，正旋凹槽的深度为0.6mm，搅拌针工作段的外锥面还加工有120°对称的三组外圆平面，每个外圆平面的深度均为0.7mm，每个外圆平面的角度均与搅拌针圆锥面角度相同，搅拌针工作段的长度根据板厚确定的范围为3-6mm，3-6mm的搅拌针能够满足同一工具主体适配不同长度搅拌针从而完成不同板厚材料的焊接。
搅拌针的后部为固定段，搅拌针固定段为直径7mm的圆柱，固定段的侧面加工有侧顶平面，采用M6顶紧螺栓通过侧顶平面使搅拌针与搅拌头主体连接紧固并能同步旋转。
搅拌头主体的前端面为内凹圆锥面，圆锥面的内凹角度为5°，前端面的外缘为1mm×45°倒角，前端面还设置有渐开线导流凹槽，导流凹槽截面为半径0.5mm的半圆，导流凹槽的螺距为1.8mm。
搅拌头主体与搅拌针相固连的前部为散热段，散热段的直径为28mm，散热段的外圆面开设有散热槽，散热槽为四组等距分布的梯形沟槽，梯形沟槽深度为0.8mm，梯形沟槽上部宽度2.12mm，梯形沟槽下部宽度1.2mm，相邻梯形沟槽的间距4mm。
搅拌头主体的后部为夹持段，夹持段的直径为20mm，夹持段设置有紧固平面，通过紧固平面能够使搅拌头主体安装于常用搅拌摩擦焊接设备的刀柄上。
本实用新型的工作原理：
本实用新型提供的垂直零角度搅拌摩擦焊接装置在使用时先参照被焊板厚选择合适的搅拌针，并将搅拌针固定在搅拌头主体上。搅拌头主体固定在搅拌摩擦焊接设备或专用机械加工设备的20mm通用侧顶式刀柄上，并采用螺栓通过紧固平面顶紧。焊接时，该搅拌摩擦焊装置逆时针高速旋转，并通过轴肩和搅拌针与焊接材料发生搅拌和摩擦作用，产生的摩擦热和塑性变形热使焊接母材达到高温塑化状态，塑性金属在搅拌头主体前端面导流凹槽的驱动下由外向内运动，避免了焊核区金属的外溢。同时搅拌头主体前端面的内凹锥面设计也起到了容纳塑性金属、促使塑性金属混合以及避免金属外溢的作用。在焊接过程中，搅拌头主体轴肩外缘1mm×45°的大倒角设计有利于焊接装置在母材金属表面的高速前进和变向。搅拌针工作段外锥面上均布的外圆平面在焊接过程中主要起到切割金属，推动塑性金属转移的作用，搅拌针外锥面上的正旋凹槽主要促使塑性金属从接头上端向下转移，避免形成孔洞、疏松等缺陷。搅拌针前端面的渐开线螺旋沟槽起到了聚拢焊缝根部金属的作用，保证根部焊透，避免出现缺陷。搅拌头主体外圆面的散热槽提高了焊接过程中装置的散热能力，也在一定程度上提高了该装置的使用寿命和使用强度。同时该装置的搅拌针可选择不同长度，并且能够随时更换，降低了使用成本，扩展了该系列搅拌焊装置的适用范围和通用性。
本实用新型的有益效果：
本实用新型提供的垂直零角度搅拌摩擦焊接装置在轴肩、搅拌针等特殊部位采用导流沟槽的结构设计，焊接时能够垂直零角度安装，无需调整装置后倾角，对焊接设备无主轴倾斜、传动及C轴随动等硬件要求，能够实现平面内焊缝的低成本、高质量焊接。本实用新型还可通过更换不同长度搅拌针的设计，能够实现厚度3mm-6mm内焊接材料的搅拌摩擦焊接，实现搅拌摩擦焊接易磨损组件的快速、低成本更换。
附图说明
图1为本实用新型所述的垂直零角度搅拌摩擦焊接装置整体结构示意图。
图2为本实用新型所述的搅拌针主视图。
图3为本实用新型所述的搅拌针侧视图。
图4为本实用新型所述的搅拌头主体主视图。
图5为本实用新型所述的搅拌头主体侧视图。
上图中的标注如下：
1、搅拌针2、搅拌头主体3、安装孔4、顶紧螺栓5、螺旋沟槽
6、正旋凹槽7、外圆平面8、侧顶平面9、导流凹槽
10、散热槽11、紧固平面12、前端面。
具体实施方式
请参阅图1至图5所示：
本实用新型提供的垂直零角度搅拌摩擦焊接装置包括有搅拌针1和搅拌头主体2，其中搅拌针1插设在搅拌头主体2前端面12中间的安装孔3内，安装孔3的侧壁上装配有顶紧螺栓4用于搅拌针1的固定。
搅拌针1的前端面中部为平面，平面外缘与搅拌针1前部侧面的圆锥面之间为圆弧过渡，搅拌针1的前端面加工有渐开线螺旋沟槽5，螺旋沟槽5的螺距1mm，螺旋沟槽5截面为半径0.25mm的半圆形，螺旋沟槽5由内向外呈顺时针分布。
搅拌针1的前部为工作段，搅拌针1的工作段为圆锥形，工作段底部直径7mm，工作段端部直径5mm，工作段的外锥面设置有正旋凹槽6，正旋凹槽6的间距为1mm，正旋凹槽呈V形，正旋凹槽6的深度为0.6mm，搅拌针1工作段的外锥面还加工有120°对称的三组外圆平面7，每个外圆平面7的深度均为0.7mm，每个外圆平面7的角度均与搅拌针1圆锥面角度相同，搅拌针1工作段的长度根据板厚确定的范围为3-6mm，3-6mm的搅拌针1能够满足同一搅拌头主体2适配不同长度搅拌针1从而完成不同板厚材料的焊接。
搅拌针1的后部为固定段，搅拌针1固定段为直径7mm的圆柱，固定段的侧面加工有侧顶平面8，采用M6顶紧螺栓通过侧顶平面8使搅拌针1与搅拌头主体2连接紧固并能同步旋转。
搅拌头主体2的前端面12为内凹圆锥面，圆锥面的内凹角度为5°，前端面12的外缘为1mm×45°倒角，前端面12还设置有渐开线导流凹槽9，导流凹槽9截面为半径0.5mm的半圆，导流凹槽9的螺距为1.8mm。
搅拌头主体2与搅拌针1相固连的前部设置有散热段，散热段的直径为28mm，散热段的外圆面开设有散热槽10，散热槽10为四组等距分布的梯形沟槽，梯形沟槽深度为0.8mm，梯形沟槽上部宽度2.12mm，梯形沟槽下部宽度1.2mm，相邻梯形沟槽的间距4mm。
搅拌头主体2的后部为夹持段，夹持段的直径为20mm，夹持段设置有紧固平面11，通过紧固平面11能够使搅拌头主体2安装于常用搅拌摩擦焊接设备的刀柄上。
本实用新型的工作原理：
本实用新型提供的垂直零角度搅拌摩擦焊接装置在使用时先将参照被焊板厚选择合适的搅拌针1，并将搅拌针1固定在搅拌头主体2上。搅拌头主体2固定在搅拌摩擦焊接设备或专用机械加工设备的20mm通用侧顶式刀柄上，并采用螺栓通过紧固平面11顶紧。焊接时，该搅拌摩擦焊装置逆时针高速旋转，并通过前端面12和搅拌针1与焊接材料发生搅拌和摩擦作用，产生的摩擦热和塑性变形热使焊接母材达到高温塑化状态，塑性金属在搅拌头主体2的前端面12和导流凹槽9的挤压和驱动下由外向内运动，避免了焊核区金属的外溢。同时搅拌头主体2轴肩的内凹锥面设计也起到了容纳塑性金属、促使塑性金属混合以及避免金属外溢的作用。在焊接过程中，前端面12外缘1mm×45°的大倒角设计有利于焊接装置在母材金属表面的高速前进和变向。搅拌针1工作段外锥面上均布的外圆平面7在焊接过程中主要起到切割金属，推动塑性金属转移的作用，搅拌针1外锥面上的正旋凹槽6主要促使塑性金属从接头上端向下转移，避免形成孔洞、疏松等缺陷。搅拌针1前端面的渐开线螺旋沟槽5起到了焊缝根部金属的聚拢作用，保证根部焊透，避免出现缺陷。搅拌头主体2外圆面的散热槽10提高了焊接过程中装置的散热能力，也在一定程度上提高了该装置的使用寿命和使用强度。同时该装置的搅拌针1可选择不同长度，并且能够随时更换，降低了使用成本，扩展了该系列搅拌焊装置的适用范围和通用性。
Claims (7)
1.一种垂直零角度搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：包括有搅拌针和搅拌头主体，其中搅拌针插设在搅拌头主体前端面中间的安装孔内，安装孔的侧壁上装配有顶紧螺栓用于搅拌针的固定。
2.根据权利要求1所述的一种垂直零角度搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述的搅拌针的前端面中部为平面，平面外缘与搅拌针前部侧面的圆锥面之间为圆弧过渡，搅拌针的前端面加工有渐开线螺旋沟槽，螺旋沟槽的螺距1mm，螺旋沟槽截面为半径0.25mm的半圆形，螺旋沟槽由内向外呈顺时针分布。
3.根据权利要求1所述的一种垂直零角度搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述的搅拌针的前部为工作段，搅拌针的工作段为圆锥形，工作段底部直径7mm，工作段端部直径5mm，工作段的外锥面设置有正旋凹槽，正旋凹槽的间距为1mm，正旋凹槽呈V形，正旋凹槽的深度为0.6mm，搅拌针工作段的外锥面还加工有120°对称的三组外圆平面，每个外圆平面的深度均为0.7mm，每个外圆平面的角度均与搅拌针圆锥面角度相同，搅拌针工作段的长度根据板厚确定的范围为3-6mm，3-6mm的搅拌针能够满足同一搅拌头主体适配不同长度搅拌针从而完成不同板厚材料的焊接。
4.根据权利要求1所述的一种垂直零角度搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述的搅拌针的后部为固定段，搅拌针固定段为直径7mm的圆柱，固定段的侧面加工有侧顶平面，采用M6顶紧螺栓通过侧顶平面使搅拌针与搅拌头主体连接紧固并能同步旋转。
5.根据权利要求1所述的一种垂直零角度搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述的搅拌头主体的前端面为内凹圆锥面，圆锥面的内凹角度为5°，前端面的外缘为1mm×45°倒角，前端面还设置有渐开线导流凹槽，导流凹槽截面为半径0.5mm的半圆，导流凹槽的螺距为1.8mm。
6.根据权利要求1所述的一种垂直零角度搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述的搅拌头主体与搅拌针相固连的前部为散热段，散热段的直径为28mm，散热段的外圆面开设有散热槽，散热槽为四组等距分布的梯形沟槽，梯形沟槽深度为0.8mm，梯形沟槽上部宽度2.12mm，梯形沟槽下部宽度1.2mm，相邻梯形沟槽的间距4mm。
7.根据权利要求1所述的一种垂直零角度搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述的搅拌头主体的后部为夹持段，夹持段的直径为20mm，夹持段设置有紧固平面，通过紧固平面能够使搅拌头主体安装于常用搅拌摩擦焊接设备的刀柄上。
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| CN202223224580.1U CN218612232U (zh) | 2022-12-02 | 2022-12-02 | 一种垂直零角度搅拌摩擦焊接装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116140789A (zh) * | 2023-04-23 | 2023-05-23 | 成都航空职业技术学院 | 一种回填式搅拌摩擦点焊设备及焊接方法 |
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2022
- 2022-12-02 CN CN202223224580.1U patent/CN218612232U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN116140789A (zh) * | 2023-04-23 | 2023-05-23 | 成都航空职业技术学院 | 一种回填式搅拌摩擦点焊设备及焊接方法 |
| CN116140789B (zh) * | 2023-04-23 | 2023-06-20 | 成都航空职业技术学院 | 一种回填式搅拌摩擦点焊设备及焊接方法 |
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