一种用于搅拌摩擦焊的双轴肩搅拌头的制作方法

1.本实用新型涉及搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种用于搅拌摩擦焊的双轴肩搅拌头。


背景技术：

2.搅拌摩擦焊接是高速旋转的搅拌头扎入工件后沿焊接方向运动，在搅拌头与工件的接触部位产生摩擦热，使其周围金属形成塑性软化层，软化层金属在搅拌头旋转的作用下填充搅拌针后方所形成的空腔，并在搅拌头轴肩与搅拌针的搅拌及挤压作用下实现材料连接的固相焊接方法。
3.搅拌头由轴肩、搅拌针及夹持区等部分组成。其中，轴肩的作用是在工件表面施加压力，并且使其下方的金属软化。轴肩与工件摩擦产生的大量热量可以使金属软化，同时可以通过对软化的金属进行持续地搅拌、施压，以防止在焊缝中产生孔洞型缺陷等不足。而双轴肩搅拌摩擦焊采用带有上、下两个轴肩的搅拌头，上轴肩和下轴肩通过与待焊工件厚度相当的搅拌针相连接，焊接过程中上轴肩、下轴肩与搅拌针共同旋转并与待焊工件表面相互作用而实现搅拌摩擦焊接。
4.现有的搅拌头仅依靠上轴肩和下轴肩的端面对工件的表面进行双面摩擦，其搅拌摩擦效果有限，尤其是对于一些氧化物，该结构无法将其完全打碎，因此容易出现焊接缺陷。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单、打碎效果好、能有效提高焊接强度、保证焊缝高力学性能的用于搅拌摩擦焊的双轴肩搅拌头。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：
7.一种用于搅拌摩擦焊的双轴肩搅拌头，包括第一轴肩、第二轴肩和搅拌针，所述第一轴肩和第二轴肩分设于所述搅拌针的两端，搅拌针位于第一轴肩和第二轴肩之间的部分的侧壁上设有用于提高打碎效果的棱角。
8.上述的用于搅拌摩擦焊的双轴肩搅拌头，优选的，所述棱角沿所述搅拌针的周向方向布置。
9.上述的用于搅拌摩擦焊的双轴肩搅拌头，优选的，所述棱角沿所述搅拌针的周向方向间隔布置。
10.上述的用于搅拌摩擦焊的双轴肩搅拌头，优选的，所述棱角沿所述搅拌针的轴线方向间隔布置。
11.上述的用于搅拌摩擦焊的双轴肩搅拌头，优选的，所述棱角相对于所述搅拌针的横截面倾斜设置。
12.上述的用于搅拌摩擦焊的双轴肩搅拌头，优选的，所述棱角与所述搅拌针的横截
面的倾斜角为α，10
°
≤α≤25
°
。
13.上述的用于搅拌摩擦焊的双轴肩搅拌头，优选的，沿所述搅拌针的周向方向布置的相邻所述棱角的倾斜方向相反。
14.上述的用于搅拌摩擦焊的双轴肩搅拌头，优选的，第一轴肩和第二轴肩相对的端面均为凸面结构，所述凸面结构为圆弧面。
15.上述的用于搅拌摩擦焊的双轴肩搅拌头，优选的，所述圆弧面的圆弧半径为r，r＝(2.5～4.5) d，d为轴肩直径，更优选的，圆弧面的半径r在2.5d～3.5d之间，具体的，d对应相应轴肩的直径(第一轴肩或第二轴肩)。
16.上述的用于搅拌摩擦焊的双轴肩搅拌头，优选的，所述第一轴肩和第二轴肩相对的端面对称布置。
17.上述的用于搅拌摩擦焊的双轴肩搅拌头，优选的，所述第一轴肩和第二轴肩具有所述凸面结构的端面上还设有螺旋槽。
18.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
19.本实用新型的双轴肩搅拌头，包括第一轴肩、第二轴肩和搅拌针，所述第一轴肩和第二轴肩分设于所述搅拌针的两端，搅拌针位于第一轴肩和第二轴肩之间的部分的侧壁上设有用于提高打碎效果的棱角。设置棱角结构能够有效将待焊工件上的氧化物完全打碎，避免焊接缺陷，从而有效提高焊接强度，保证焊缝的高力学性能。
附图说明
20.图1是实施例的双轴肩搅拌头的立体结构示意图。
21.图2是实施例的双轴肩搅拌头的主视图。
22.图3是实施例的双轴肩搅拌头的剖视图。
23.图4是图2中a的局部放大图。
24.图5是图3中b的局部放大图。
25.图例说明：
26.1、第一轴肩；11、轴向螺纹孔；2、第二轴肩；21、连通孔；22、连接孔；3、搅拌针； 4、锁止件；5、夹持部；51、避让口；6、安装键；61、固定螺栓；a、凸面结构；b、螺旋槽； c、棱角。
具体实施方式
27.为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型做更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体实施例。
28.如图1所示，本实施例的双轴肩搅拌头包括第一轴肩1、第二轴肩2、搅拌针3、锁止件4、夹持部5和安装键6，第一轴肩1和第二轴肩2分设于搅拌针3的两端，第二轴肩2设于夹持部5内，第二轴肩2上设有供安装键6嵌入的安装槽，安装键6嵌入安装槽内并与第二轴肩2固定连接。
29.如图5所示，本实施例中，第一轴肩1和第二轴肩2相对的端面均为凸面结构a，凸面结构a为圆弧面，具体为球面，本实施例中圆弧面的半径为r，r＝(2.5～4.5)d，其中d为轴肩直径。第一轴肩1和第二轴肩2的端面采用凸面结构a能够对在第一轴肩1和第二轴肩 2间的工件持续施加压力，其中圆弧面的半径r可以根据需要在上述范围内进行选择，因此可以适
应不同的厚度，适应性更好，进而保证了工件的焊接质量，提高了焊缝的力学性能。
30.本实施例中，第一轴肩1和第二轴肩2相对的端面对称布置。具体的，第一轴肩1和第二轴肩2相对的两端面为半径完全相同的圆弧面，其中一个为图5中向左的凸面，另一个为图5中向右的凸面，第一轴肩1和第二轴肩2相对的两端面具体以搅拌针3中间部分的中心横截面为对称面对称布置。对称布置能够进一步提升适应性，保证焊接时能够对工件持续施压，进一步提升焊接效果和焊缝的力学性能。
31.本实施例中，第一轴肩1和第二轴肩2具有凸面结构a的端面上还设有螺旋槽b。螺旋槽b与凸面结构a相结合能够更好地挤压软化材料，从而保证焊缝致密。
32.如图2所示，本实施例中，第一轴肩1的一端与搅拌针3的一端可拆卸固定连接，且第一轴肩1的另一端设有用于锁定搅拌针3以防止搅拌针3相对于第一轴肩1活动的锁止件4。第一轴肩1与搅拌针3可拆卸固定连接，通过调节第一轴肩1和搅拌针3的固定位置，从而实现第一轴肩1和第二轴肩2之间搅拌针3的间距的调节，调节到位后通过锁止件4锁止，从而实现搅拌针3与第一轴肩1相对位置的固定，以适应不同厚度的工件，保证焊接过程工件能够与搅拌头密切配合，以持续施加压力，使用方便，并能提高焊接质量和焊缝的力学性能。
33.本实施例中，第一轴肩1与搅拌针3螺纹配合连接。具体的，第一轴肩1内设有轴向贯穿的轴向螺纹孔11，搅拌针3的一端与轴向螺纹孔11的一端螺纹配合，锁止件4与轴向螺纹孔11的另一端螺纹配合。螺纹配合能够通过旋转精确调整第一轴肩1和第二轴肩2之间搅拌针3的间距。
34.本实施例中，锁止件4紧贴搅拌针3的一端设置。具体的，搅拌针3的端部位于轴向螺纹孔11内，锁止件4旋入轴向螺纹孔11内并将搅拌针3顶紧锁止，使锁止后搅拌针3与第一轴肩1间不会再发生位置变动，保证搅拌头使用时间距固定。
35.如图3所示，本实施例中，第二轴肩2上设有连通孔21和用于连接搅拌针3的连接孔22，连通孔21的一端与连接孔22相连，且连通孔21的另一端与搅拌头的外部连通。具体的，连通孔21从第二轴肩2的一端面开始沿轴向延伸至连接孔22处，即连通孔21为一与连接孔 22相连的长孔，连接孔22为与搅拌针3端部配合的螺纹孔。连通孔21将连接孔22与搅拌头的外部连通，在安装搅拌针时连接孔22内的压力始终与外部保持一致，不会因压力变大而影响二者的装配精度，同时连接孔22两侧压力保持一致也有便于拆卸，因此该结构具有拆装方便的优点，同时安装精度高，有利于提高最终焊接效果。
36.本实施例中，安装键6通过一固定螺栓61与第二轴肩2固定连接，固定螺栓61的两侧设有贯穿安装键6的孔道。固定螺栓61实现安装键6与第二轴肩2的固定连接，而在其两侧设置孔道在拆卸时可以从两侧施力将其顶出，从而便于取出固定螺栓61和安装键6。
37.本实施例中，夹持部5上设有便于安装安装键6的避让口51，安装键6设于避让口51 内，且能沿轴向方向移动。具体的，避让口51在周向方向与安装键6相配合，能够限制安装键6及第二轴肩2的周向运动，而避让口51在轴向上的长度大于安装键6在轴向上的长度，即键长度比键槽短一些，因此安装键6可沿轴向方向在避让口51内小幅度移动，键在键槽的浮动范围对应轴肩的浮动范围，即使待焊工件存在高度差或厚度不均匀的情况，也能通过小幅度的移动进行修正调整，因此该搅拌头的适应性更好，焊接效果更佳，焊缝的力学性能更优。
38.如图4所示，本实施例中，搅拌针3位于第一轴肩1和第二轴肩2之间的部分的侧壁上设有用于提高打碎效果的棱角c。设置棱角c结构能够有效将待焊工件上的氧化物完全打碎，提升搅拌效果，避免焊接缺陷，从而有效提高焊接强度，保证焊缝的高力学性能。
39.本实施例中，棱角c沿搅拌针3的周向方向间隔布置，与此同时，棱角c还沿搅拌针3 的轴线方向间隔布置。具体的，轴向方向间隔布置有两个棱角c，这两个棱角c形成一个棱角组，在周向方向上均匀间隔布置有四个棱角组，这种布置结构能够强化棱角c的打碎作用。
40.本实施例中，棱角c相对于搅拌针3的横截面倾斜设置，具体的，棱角c与搅拌针3的横截面的倾斜角为α，10
°
≤α≤25
°
。参见图4，图中棱角c与搅拌针3的横截面不平行并存在一定的夹角，这种结构相比于其他形式打碎效果更佳，能够进一步提高工件的焊接强度以及焊缝的力学性能。
41.本实施例中，沿搅拌针3的周向方向布置的相邻棱角c的倾斜方向相反。具体的，相邻棱角组中棱角的倾斜方向相反，如一棱角组中棱角c向右倾斜，则与其相邻的棱角组中棱角 c向左倾斜，即相邻棱角组是镜像对称的布置方式，这种方式能够提高材料的局部流动性，有利于搅拌，棱角c相反设置起到抵消作用，使搅拌针整体为中性结构，从而能够更好地实现材料的打碎，更进一步提高焊接强度，保证焊缝的力学性能。
42.虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。