一种能提高厚板底部热输入量的搅拌摩擦焊搅拌头，其特征是它由夹持柄（1）、支撑体（2）、轴肩（3）、搅拌针（4）组成、旋转头（5）和导杆（6）组成；轴肩（3）的一端与搅拌针（4）整体相连，另一端与支撑体（2）相连接，支撑体（2）与夹持柄（1）相连接，旋转头（5）安装在搅拌针（4）的末端上并能在导杆（6）的带动下作与搅拌针（4）不同速度的旋转，导杆（6）穿过搅拌针（4）、支撑体（2）和夹持柄（1）与带动其旋转的电机相连。本发明专利技术能增加厚板底部材料的产热量，解决了厚板搅拌摩擦焊接过程中板材底部区域容易产生孔洞和沟槽等缺陷的问题，提高了厚板搅拌摩擦焊接头质量；同时，本发明专利技术的搅拌头提高了厚板焊接的接头质量和成品率，降低了废品率、提高了生产效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种搅拌摩擦焊用搅拌头，尤其是一种用于厚板焊接的搅拌摩擦焊用搅拌头，具体地说是一种一种能提高厚板底部热输入量的搅拌摩擦焊搅拌头。
技术介绍
搅拌摩擦焊（FSW）是1991年由英国焊接研究所（The Welding Institute, TWI）专利技术的（US 5460317）一种新型固相连接技术，该技术的原理是利用搅拌头与材料的强烈摩擦和对软化材料的搅拌作用，使焊缝连接区处于热塑性状态并使其趋于熔化、混合，随着搅拌头向前行进，在搅拌头的后方形成焊缝，完成固相连接。搅拌摩擦焊过程中，搅拌头轴肩产热量占到搅拌头产热量的80%-90%，而搅拌针产热只占到总体产热的10%-20%，所以在进行厚板搅拌摩擦连接过程中，板材底部常常因为热输入量不足导致该区域材料的流动性不足，在板材底部区域容易产生孔洞和沟槽等缺陷。板材底部空洞和沟槽的出现极大降低了接头性能。为了增大厚板底部材料的塑性金属流动性，提高中厚板的连接强度，专利技术专利“一种镁、铝合金中厚板搅拌摩擦焊方法”（专利公开号：CN102689090A）采用在焊缝底部施加辅助热源来预热焊接区金属，提高板材底部热输入量，从而提高板材底部材料流动性，避免连接缺陷的产生。然而，这种方法会带来焊接接头中出现大范围软化区的问题，同时该方法增加了连接设备的复杂性。专利技术专利“一种高强度铝合金厚板地热输入搅拌摩擦焊接方法”（专利公开号：CN103624398A）采用在被焊厚板边缘侧加工出规定尺寸的多级台阶形状，进行多层重叠、多道次搅拌摩擦焊的工艺，实现高强铝合金厚板的搅拌摩擦连接，提高接头的性能。然而，此种方法需要大大增加连接过程板材的焊前处理时间，焊接过程的装夹和处理时间，极大的降低了焊接效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对厚板（30毫米以上）搅拌摩擦焊时因底部热量不足会造成底部材料流动性差，易产生孔洞和沟槽等缺陷的问题，设计一种能提高厚板底部热输入量的搅拌摩擦焊搅拌头，从而增大底部材料流动性，避免孔洞和沟槽在厚板底部的产生。本专利技术的技术方案是：一种能提高厚板底部热输入量的搅拌摩擦焊搅拌头，其特征是它由夹持柄1、支撑体2、轴肩3、搅拌针4组成、旋转头5和导杆6组成；轴肩3的一端与搅拌针4整体相连，另一端与支撑体2相连接，支撑体2与夹持柄1相连接，旋转头5安装在搅拌针4的末端上并能在导杆6的带动下作与搅拌针4不同速度的旋转，导杆6穿过搅拌针4、支撑体2和夹持柄1与带动其旋转的电机相连。所述的旋转头5呈锥形结构，其表面上设有能增大摩擦的环形凹槽结构10。所述的环形凹槽结构10的深度为0.1mm-5mm。所述的轴肩3上有凹槽结构7，在搅拌针4上设有螺旋凹槽结构8和环状凹槽结构9。所述的凹槽结构7为圆弧形或者其它形状，其深度为0.1mm-5mm。所述的环状凹槽结构9为圆弧形或者其它形状，其深度为0.1mm-5mm，由根部向底部深度逐渐减小，根部深度不小于1mm。所述的搅拌针4上的螺旋凹槽结构8的数量为两圈，其截面形状为圆弧形或多边形，螺旋凹槽结构8由根部向底部的深度逐渐减小，根部深度应不小于0.5mm。所述的搅拌针4和轴肩3的数量为二组或二组以上，且越靠近支撑体2的搅拌针4和轴肩3的尺寸越大，且依次减小。本专利技术的有益效果：本专利技术的搅拌摩擦焊搅拌头，通过在搅拌针底部增加与电机相连接的旋转头，在焊接过程中，旋转头高速转动，增加了厚板底部材料的产热量，提升了厚板底部材料的流动性，解决了厚板搅拌摩擦焊接过程中板材底部区域容易产生孔洞和沟槽等缺陷的问题，提高了厚板搅拌摩擦焊接接头质量。相对于其他方法，本专利技术的搅拌头提高了厚板焊接的接头质量和成品率，降低了废品率、提高了生产效率。经实验证明，同等条件下，可提高厚板搅拌摩擦焊接接头抗拉强度30%以上。附图说明图1是本专利技术的搅拌头的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。一种能提高厚板底部热输入量的搅拌摩擦焊搅拌头，如图1所示，它由夹持柄1、支撑体2、轴肩3、搅拌针4（锥台形）组成、旋转头5（也为锥台形）和导杆6组成；由图1可知，搅拌针4底部的尺寸与旋转头5根部尺寸基本相同，轴肩3的一端与搅拌针4整体相连，另一端与支撑体2相连接，支撑体2与夹持柄1相连接，搅拌针4的末端与旋转头5接触，旋转头5通过导杆6与电机连接；夹持柄1、支撑体2、轴肩3、搅拌针4组成为同轴结构，内部中心处开有同轴小孔便于导杆6与旋转头5连接；在轴肩3上有凹槽结构7，在搅拌针4上有螺旋凹槽结构8和环状凹槽结构9；在旋转头5上有环形凹槽结构10。在所述的轴肩3与搅拌针4相连的端面上分布有多圈圆弧形或多边形凹槽7，其中以圆弧形为最佳，加工最为方便，采用圆弧形凹槽时，凹槽的深度应不小于1mm；在所述的搅拌针4与上分布有两条圆弧形或多边形螺旋凹槽8和多圈环状凹槽9，其中以圆弧形为最佳，加工最为方便，采用圆弧形凹槽时，螺旋凹槽（锥底）由根部向底部（锥尖）凹槽深度逐渐减小，根部的深度应不小于0.5mm；环状凹槽由根部（大锥端）向底部（小锥头）凹槽深度逐渐减小，根部凹槽深度不小于1mm。在所述的旋转头5与上分布有若干圈圆弧形或多边形增大摩擦的凹槽10，其中以圆弧形为最佳，加工最为方便，采用圆弧形凹槽时，凹槽的深度应不小于0.1mm。如图1所示为焊接30mm厚板材用提高厚板底部热输入量的搅拌摩擦焊搅拌头。轴肩3直径为30mm，轴肩上有4圈圆弧形凹槽7，凹槽深度为1mm；搅拌针4根部直径10mm，底部直径4mm，搅拌针上有2条圆弧形螺旋凹槽8，凹槽深度为0.5mm，有11圈环状凹槽9，凹槽为圆弧形，凹槽深度由搅拌针根部向底部逐渐减小，根部凹槽深度为1mm；旋转头5与搅拌针4底部完全接触，旋转头5上部直径为4mm，底端直径为2mm，旋转头上有12圈圆弧形环状凹槽10，凹槽深度为0.1mm。在焊接过程中，与电机相连接的旋转头快速旋转，与厚板底部材料摩擦产生大量热量，提高了材料的软化程度，增加了材料的流动性，从而避免了孔洞和沟槽等缺陷的产生，提高了厚板接头的质量。将采用本专利技术设计的搅拌头与相同类型的搅拌头进行试验，实际测量证明，可提高厚板搅拌摩擦焊接接头抗拉强度30%以上。具体实施时，为了进一步提高焊透率，增大厚板底部的发热量，还可将单根搅拌针4加轴肩3的结构设计为由多个同轴设置的搅拌针4加轴肩3的结构，第二轴搅拌针4加轴肩3结构的尺寸要小于第一级（最靠近支撑体2）的尺寸，也就是说，第一级搅拌针针尖的尺寸与第二级轴肩的尺寸相配，以此类推，旋转头则安装在最后一级搅拌针上。本专利技术未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种能提高厚板底部热输入量的搅拌摩擦焊搅拌头，其特征是它由夹持柄（1）、支撑体（2）、轴肩（3）、搅拌针（4）组成、旋转头（5）和导杆（6）组成；轴肩（3）的一端与搅拌针（4）整体相连，另一端与支撑体（2）相连接，支撑体（2）与夹持柄（1）相连接，旋转头（5）安装在搅拌针（4）的末端上并能在导杆（6）的带动下作与搅拌针（4）不同速度的旋转，导杆（6）穿过搅拌针（4）、支撑体（2）和夹持柄（1）与带动其旋转的电机相连。
【技术特征摘要】
1.一种能提高厚板底部热输入量的搅拌摩擦焊搅拌头，其特征是它由夹持柄（1）、支撑体（2）、轴肩（3）、搅拌针（4）组成、旋转头（5）和导杆（6）组成；轴肩（3）的一端与搅拌针（4）整体相连，另一端与支撑体（2）相连接，支撑体（2）与夹持柄（1）相连接，旋转头（5）安装在搅拌针（4）的末端上并能在导杆（6）的带动下作与搅拌针（4）不同速度的旋转，导杆（6）穿过搅拌针（4）、支撑体（2）和夹持柄（1）与带动其旋转的电机相连。2.根据权利要求1所述的能提高厚板底部热输入量的搅拌摩擦焊搅拌头，其特征是所述的旋转头（5）呈锥形结构，其表面上设有能增大摩擦的环形凹槽结构（10）。3.根据权利要求2所述的能提高厚板底部热输入量的搅拌摩擦焊搅拌头，其特征是所述的环形凹槽结构（10）的深度为0.1mm-5mm。4.根据权利要求1所述的能提高厚板底部热输入量的搅拌摩擦焊搅拌头，其特征是所述的轴肩（3）上有凹槽结构（7），在搅拌针...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓永芳，李家节，杨斌，汪航，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36
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