一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具的制作方法

背景技术：

搅拌摩擦焊(fsw)是一种新型固相连接技术，是1991年由英国焊接研究所(theweldinginstitute,twi)发明的。其过程为由轴肩和搅拌针组成的搅拌头，在高速旋转的同时插入焊缝并向前行进，利用摩擦热使待焊材料塑化，在搅拌头的带动下发生塑性流动，并在轴肩的锻压作用下形成焊缝，实现固相连接。

搅拌头是搅拌摩擦焊接的核心部件，通过与工件摩擦提供焊接过程中材料塑化所需的热量，同时还是焊缝区域材料定向流动的载体。搅拌摩擦焊解过程中，由于搅拌头的旋转、挤压作用，焊缝中的塑性材料会溢出焊缝区外，形成“飞边”，导致焊缝区略薄于母材，不利于焊缝表面质量和接头性能。目前，工业生产中常常需要通过机械打磨来去除飞边，不但降低了生产效率，而且极易损伤被焊工件表面质量。

搅拌头的设计制造是实现搅拌摩擦焊接的关键技术，国内外相关机构在搅拌头的形状设计、材料选取及加工工艺等方面进行了大量的研究。目前，消除飞边的方式主要有两种：其一，设计特殊搅拌头轴肩端面，其一，改变搅拌头轴肩的端面；其二，在搅拌头上另加一装置或结构，如添加切削头或轴肩外缘加工成切削槽。然而，这两种方法都不能很好的消除飞边，方式一可减少飞边量，但不能彻底消除飞边，方式二因飞边温度较高而粘着在搅拌头上造成焊缝表面质量较差。但是由于静轴肩搅拌摩擦焊接工具结构相对复杂，长期工作于高温环境，同时搅拌头轴肩与静轴肩孔必须为间隙配合且要求较高的回转精度，工具散热显得尤为重要。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本实用新型的主要目的在于提供一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具，能够方便在实现焊缝无减薄和无飞边的同时，提高焊接工具散热效率，进而提高工具使用的稳定性和寿命。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具，其特征在于，包括搅拌头、第一轴承和第二轴承、轴承挡圈、轴承紧固件、静轴肩套，所述第一轴承、轴承挡圈、第二轴承和轴承紧固件依次安装在搅拌头上，所述静轴肩套设有内圆柱面，所述内圆柱面与所述第一轴承和第二轴承的外圆柱面过盈配合安装，所述静轴肩套的外周面设有若干组通孔，所述若干组通孔中的一个通孔用于连接气管，以向所述静轴肩套内部吹气，所述若干组通孔中的其他通孔用于将吹入所述静轴肩套内部的气体排出。

可选地，所述静轴肩套包括外套圆柱面、过渡圆锥面和轴肩圆柱面，所述若干组通孔包括三组通孔，第一组通孔均匀设置于所述外套圆柱面上，第二组通孔均匀设置于所述过渡圆锥面上，第三组通孔均匀设置于所述轴肩圆柱面上。

可选地，所述气管连接于所述第一组通孔或第二组通孔中的一个。

可选地，所述搅拌头设有用于定位所述第一轴承的台阶定位面、轴承安装部和轴承紧固件安装部，所述第一轴承、轴承挡圈和第二轴承依次安装在所述轴承安装部上，所述第一轴承和所述第二轴承采用背对背或面对面组合方式安装，所述轴承紧固件安装于所述轴承紧固件安装部上以用于对所述第一轴承和第二轴承进行限位。

可选地，所述静轴肩套内设有内定位面，所述内定位面与所述第二轴承的端面紧密接触。

可选地，所述轴承安装部的长度不大于所述第一轴承、轴承挡圈和第二轴承的长度之和。

可选地，所述轴承紧固件安装部设置有用于安装轴承紧固件的螺纹结构。

可选地，所述搅拌头还设有用于夹持所述搅拌头的夹持柄，所述夹持柄上设有便于夹持所述搅拌头的夹持面。

可选地，所述搅拌头还设有用于消除飞边的轴肩以及设置在所述轴肩上的搅拌针，所述静轴肩套设有静轴肩孔，所述轴肩穿设于所述静轴肩孔内。

可选地，所述静轴肩孔与所述轴肩呈间隙配合，所述静轴肩孔与所述轴肩的直径差为0.05～0.5mm；所述轴肩穿设并伸出所述静轴肩孔0.1～0.8mm。

本实用新型提供的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具，通过在静轴肩套的外周面设有若干组通孔，所述若干组通孔中的一个通孔用于连接气管，以向所述静轴肩套内部吹气，所述若干组通孔中的其他通孔用于将吹入所述静轴肩套内部的气体排出，从而实现对静轴肩套及静轴肩搅拌摩擦焊接工具的快速高效降温，保证焊接过程中工具的回转精度，提高焊接过程的稳定性和工具寿命。

本实用新型提供的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具，静轴肩套的外周面设有若干组通孔，其中一组通孔设置在轴肩圆柱面上，其还能起到排出焊接过程中溢入静轴肩套内部的焊接材料的作用，更加有效地避免焊接过程中飞边的产生，获得表面光滑的焊缝，无需后续打磨工序，大大提高生产效率。

本实用新型提供的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具，具有以下优点：

1.焊接过程中可以有效避免飞边的产生，获得表面光滑的焊缝，无需后续打磨工序，大大提高生产效率。

2.通过轴肩的挤压作用，更多的材料被限制在焊缝中，减小焊缝减薄，提高接头力学性能。

3.有效的利用外接气管对整套工具进行散热，减小高温工作环境对焊接工具的不利影响，提高工具使用的稳定性和寿命，进而提高生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具的爆炸示意图；

图2是根据图1所示的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具的静轴肩套的结构示意图；

图3是根据图1所示的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具的静轴肩套的截面示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具装配后的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

传统搅拌摩擦焊接过程中，整个搅拌工具均处于高速旋转状态，工具上设计散热结构但效果不明显，同时吹气管也只能在稍远的距离上对工具的外部表面进行吹气，散热效果有限。鉴于此，本实用新型的发明人提出了一种新型的带散热结构的静轴肩搅拌摩擦焊接工具。

图1是本实用新型实施例提供的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具的爆炸示意图。图2是根据图1所示的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具的静轴肩套的结构示意图。图3是根据图1所示的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具的静轴肩套的截面示意图。图4是本实用新型实施例提供的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具装配后的结构示意图。下面结合图1至图4对本实用新型的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具进行详细说明。本实用新型的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具，一般性地，可以包括搅拌头1、第一轴承2和第二轴承4、轴承挡圈3、轴承紧固件5、静轴肩套6。第一轴承2、轴承挡圈3和第二轴承4、轴承紧固件5依次安装在搅拌头1上。静轴肩套6设有内圆柱面61。内圆柱面61与第一轴承2和第二轴承4的外圆柱面（21、41）过盈配合安装。静轴肩套6的外周面设有若干组通孔7。若干组通孔7中的一个通孔用于连接气管，以向静轴肩套6内部吹气，若干组通孔7中的其他通孔用于将吹入静轴肩套6内部的气体排出。

具体地，如图2和图3所示，静轴肩套6包括外套圆柱面65、过渡圆锥面66和轴肩圆柱面67。若干组通孔7包括三组通孔。第一组通孔71均匀设置于外套圆柱面65上，第二组通孔72均匀设置于过渡圆锥面66上，第三组通孔73均匀设置于轴肩圆柱面67上。由于本实用新型提供的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具在焊接过程中，静轴肩套6处于静止不旋转的状态，从而可以直接将气管接通于若干组通孔7中的一个通孔，实现将气体直接通入静轴肩套6内部，然后气体再从其他的通孔中排出，从而将静轴肩套6内部及搅拌头1的热量带出，实现对静轴肩搅拌摩擦焊接工具的快速高效地降温，保证焊接过程中工具的回转精度，提高焊接过程的稳定性和工具寿命。

在一个具体的实施方式中，气管连接于第一组通孔或第二组通孔中的一个。这种设计更加便于排出搅拌头1的热量，而且，当气体从第三组通孔73和静轴肩孔63排出时，还可以将焊接过程中通过静轴肩孔63和轴肩16的间隙溢入的焊接材料吹出，从而进一步地有效地避免焊接过程中飞边的产生，获得表面光滑的焊缝，无需后续打磨工序，大大提高生产效率。

在一个具体的实施方式中，搅拌头1设有用于定位第一轴承2的台阶定位面11、轴承安装部12和轴承紧固件安装部13。在进行装配时，第一轴承2、轴承挡圈3和第二轴承4依次安装在轴承安装部12上。第一轴承2远离第二轴承4的一端抵靠在台阶定位面11上。第一轴承2和第二轴承4采用背对背或面对面组合方式安装，以使得在焊接过程中的轴向顶锻力以及由于倾角和前进抗力产生的径向力由第一轴承2和第二轴承4的组合来承受，背对背或面对面组合方式安装可以更好地承受焊接过程的轴向力和径向力，保证焊接过程中工具的回转精度，提高焊接过程的稳定性和工具寿命。轴承紧固件5安装于轴承紧固件安装部13上。轴承紧固件5用于对第一轴承2和第二轴承4进行限位，防止第一轴承2和第二轴承4移动。轴承安装部12的长度不大于所述第一轴承2、轴承挡圈3和第二轴承4的长度之和，以使得保证轴承紧固件5拧紧于轴承紧固件安装部13后能限制轴承的轴向运动。轴承紧固件5装配后与静轴肩套6的内腔并不发生干涉。静轴肩套6设有内圆柱面61，内圆柱面61与第一轴承2和第二轴承4的外圆柱面(21、41)过盈配合安装，使得当焊接过程中搅拌头1带动轴肩16和搅拌针17转动时，静轴肩套6处于静止不转的状态。

具体地，第一轴承2和第二轴承4均可以采用角接触轴承、圆锥滚子轴承或深沟球轴承中的任一种。第一轴承2和第二轴承4的外径略大于静轴肩套6的内圆柱面61的直径，使得第一轴承2和第二轴承4装配后处于过盈配合。其过盈配合可以通过热胀冷缩原理进行安装。

进一步地，静轴肩套6内设有内定位面62。装配后内定位面62与第二轴承4的端面42紧密接触，可以使得静轴肩套6与第一轴承2和第二轴承4的安装更加牢固紧密，延长使用寿命。

在一个具体的实施方式中，轴承紧固件安装部13设置有用于安装轴承紧固件5的螺纹结构。轴承紧固件5内设有相应的螺纹，使得轴承紧固件5旋紧安装。

在一个具体的实施方式中，搅拌头1还设有用于夹持搅拌头1的夹持柄14。夹持柄14上设有便于夹持搅拌头1的夹持面15。夹持柄14和夹持面15的设置，使得静轴肩搅拌摩擦焊接工具可以方便地安装在工台上。

在另一个具体的实施方式中，如图2和图3所示，静轴肩套6设有静轴肩孔63。轴肩16穿设于静轴肩孔63内。静轴肩孔63与轴肩16呈间隙配合，静轴肩孔63与轴肩16的直径差为0.05～0.5mm。轴肩16穿设并伸出静轴肩孔63的静轴肩孔端面64的长度为0.1～0.8mm。这样设计可以通过静轴肩套6的轴肩16端面的挤压作用，使焊缝材料尽可能多地被挤入焊缝，减少或避免焊缝减薄，提高接头力学性能，可以有效避免飞边的产生，获得表面光滑的高质量焊缝。可选地，轴肩16的端面为平面、内凹形或螺旋线结构。

本实用新型提供的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具，其焊接工具各部件安装相互匹配，双轴承组合内圈在搅拌头1上固定良好，轴承外圈与静轴肩套6固定良好，保证了轴肩端面与静轴肩端面的相对位置，以及搅拌头轴肩直径与静轴肩孔为间隙配合均匀，提高焊接过程中焊接工具的回转精度。

本实用新型提供的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具，通过在静轴肩套的外周面设有若干组通孔，所述若干组通孔中的一个通孔用于连接气管，以向所述静轴肩套内部吹气，所述若干组通孔中的其他通孔用于将吹入所述静轴肩套内部的气体排出，从而实现对静轴肩套及静轴肩搅拌摩擦焊接工具的快速高效降温，保证焊接过程中工具的回转精度，提高焊接过程的稳定性和工具寿命。

本实用新型提供的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具，静轴肩套的外周面设有若干组通孔，其中一组通孔设置在轴肩圆柱面上，其还能起到排出焊接过程中溢入静轴肩套内部的焊接材料的作用，更加有效地避免焊接过程中飞边的产生，获得表面光滑的焊缝，无需后续打磨工序，大大提高生产效率。

本实用新型提供的一种静轴肩搅拌摩擦焊接工具，具有以下优点：

1.焊接过程中可以有效避免飞边的产生，获得表面光滑的焊缝，无需后续打磨工序，大大提高生产效率。

2.通过轴肩的挤压作用，更多的材料被限制在焊缝中，减小焊缝减薄，提高接头力学性能。

3.有效的利用外接气管对整套工具进行散热，减小高温工作环境对焊接工具的不利影响，提高工具使用的稳定性和寿命，进而提高生产效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。