一种可变角度角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种可变角度角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，包括：静止轴肩搅拌头以及配套的可以改变角焊缝角度的固定待焊工件的平台。静止轴肩搅拌头包括搅拌针、静止轴肩、刚性连接装置以及密封叠环，其中，静止轴肩通过刚性固定与搅拌摩擦焊机主轴连接，搅拌针与静止轴肩之间设有不锈钢密封叠环，用于阻止焊接过程中铝合金挤入静止轴肩与搅拌针的间隙；固定待焊工件的平台包括支撑铝合金板材的垫板，改变倾斜角度的半圆形滑块，固定滑块的压板，支撑滑块的底座以及带有T型槽的工作台。针对不同厚度不同角度的角焊缝，只需要调节静止轴肩和垫板的角度就可以进行焊接，避免了焊接不同角度的角焊缝时更换固定待焊工件的平台的时间与花费。

Static shaft shoulder friction stir welding device and method for variable angle angle joint

The invention is a static shaft shoulder friction stir welding device with a variable angle joint joint, which comprises a stationary shafts shoulder stirring head and a supporting platform for fixing the workpiece to be welded on the angle of the angle weld. The static shaft shoulder mixing head consists of a stirring needle, a static shaft shoulder, a rigid connection device and a sealed ring. The static shaft shoulder is connected by a rigid fixation with the spindle of a friction stir welding machine, and a stainless steel seal ring is set between the stirring needle and the rest of the shaft shoulder to prevent the aluminum alloy from being squeezed into the still shaft shoulder and the stirring needle during the welding process. Clearance; the platform for fixing the workpiece to be welded includes the cushion plate supporting the aluminum alloy plate, the semicircle slider of the inclined angle, the press plate fixed the slider, the base of the slide block and the worktable with the T groove. According to the angle weld with different thickness and different angles, it is only necessary to adjust the angle of the static shaft shoulder and the cushion plate to avoid the time and cost of changing the fixed platform of the welded workpiece when welding different angle welds.

【技术实现步骤摘要】
一种可变角度角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置与方法
本专利技术涉及搅拌摩擦焊的方法和装置，尤其涉及一种可变角度角接焊缝的静止轴肩搅拌摩擦焊接的方法和装置。
技术介绍
搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding，简称FSW)是1991年由英国焊接研究所专利技术(US5460317)的一种固相连接技术，特别适用于铝等低熔点合金的焊接。搅拌摩擦焊接利用轴肩以及搅拌针与工件摩擦产生的摩擦热使焊接接头附近的材料达到塑性状态，材料流动性增加，当搅拌头向前移动时，塑性化的材料在轴肩的挤压和搅拌针的搅拌作用下，被移动到搅拌头的后方，冷却形成焊接接头，焊接过程中材料未融化，最高温度约为被焊材料熔点的80％。与熔焊、钎焊、铆接等连接方法相比，该技术具有热输入低、变形小、清洁无污染、焊缝强度较高等诸多优点，已被广泛用于航空航天、轨道交通、船舶、汽车、电力电子、兵器制造、建筑、电气等行业。随着技术的进步和配套设施的逐步完善，搅拌摩擦焊的研究和应用正进入快速发展阶段。FSW技术在铝合金结构制造领域取得的巨大成功，使得人们期望其应用于各种焊接接头形式及金属材料的连接。但目前大多数FSW技术的工业应用主要局限于简单对接接头形式，在应用于飞行器机身、船舶甲板、汽车和列车车身等结构制造中大量使用的T形接头、角焊缝及箱形结构时，受搅拌工具轴肩的限制，FSW技术很难应用于这些结构制造；在将FSW技术推广应用于焊接低热传导材料如钛合金时，由于搅拌工具轴肩与被焊表面的摩擦加热作用(产生70％～80％大部分热量)，使得焊缝表面过热及沿板厚温度明显不均匀，从而导致很难获得无缺陷的焊接接头。为克服传统FSW技术的局限性，在传统FSW基础上将轴肩与搅拌针分离，开发出静止轴肩搅拌摩擦焊(StationaryShoulderFrictionStirWelding,SSFSW)技术；它不仅能有效实现低热传导材料如钛合金等的焊接，而且在铝合金角焊缝及T形焊接接头的制造中具有明显的优势。本专利技术针对不同角度的角焊缝，开发出可调节式静止轴肩以及可变角度的固定待焊工件的平台，只需要调节不同角度的静止轴肩和垫板，并调整滑块的角度就可以进行角接焊缝和T型接头焊接，避免了焊接不同角度的角焊缝时更换固定待焊工件的平台的时间与花费。
技术实现思路
本专利技术设计一种可变角度的角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，本专利技术的目的在于提供一种结构可靠，操作简便，使用效果好，可以方便实现90°至150°角接接头焊接的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置。实现本专利技术的技术方案为：一种可变角度角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，该装置包括静止轴肩搅拌头以及固定待焊工件的平台；静止轴肩搅拌头包括：搅拌针、静止轴肩、第一刚性连接装置、第二刚性连接装置以及密封叠环；固定待焊工件的平台包括：支撑铝合金板材的垫板、改变倾斜角度的半圆形滑块，固定滑块的压板、支撑滑块的底座以及带有T型槽的工作台；其中，第一刚性连接装置通过双头螺丝、螺母固定在搅拌摩擦焊机头上；将搅拌针固定在搅拌摩擦焊机主轴的刀柄上；密封叠环安装在静止轴肩的密封槽中，再将静止轴肩插入第二刚性连接装置，随后紧定螺丝拧进第二刚性连接装置的两个紧定螺纹孔，压入对应静止轴肩的两个定位孔，将静止轴肩固定；第二刚性连接装置通过内六角螺丝连接在第一刚性连接装置上使搅拌针依次穿过第二刚性连接装置、静止轴肩。进一步的，搅拌针整体采用H13模具钢制作，密封叠环材料采用304不锈钢，其余部件均采用45钢制作。进一步的，搅拌针与静止轴肩之间间隙为0.2～0.5mm。进一步的，搅拌针末端处设有比搅拌针根部直径加粗4～6mm，长4～6mm的轴肩。进一步的，搅拌针与静止轴肩之间设有密封叠环，用于阻止焊接过程中铝合金挤入搅拌针与静止轴肩的间隙。进一步的，第二刚性连接装置两侧设有两个紧定螺纹孔，用于固定静止轴肩；第二刚性连接装置两侧设有拆卸螺纹孔，当焊接材料挤入搅拌针与静止轴肩间隙使两者粘连时，将两者分开的；第二刚性连接装置在上表面加工出定位凸台保证安装时的同轴度。进一步的，静止轴肩设置为避免焊接过程中转动的方形结构；静止轴肩两侧设有两个定位孔使紧定螺丝插入，用于避免其上下滑动；在静止轴肩表面设有凸台，用于减小其与待焊铝合金板材的接触面积，降低焊接过程中的摩擦阻力；静止轴肩内部通孔中设有安装密封叠环的密封槽；在静止轴肩分别设有方便送入填充材料的平面，用于焊缝过渡圆角成型的圆角，确保平面在静止轴肩安装完成后要与轴肩的轴肩面在同一水平面上。本专利技术的静止轴肩采用分体式设计，便于安装密封叠环以及焊后清理。针对不同角度的角焊缝，静止轴肩搅拌头需要更换不同长度的搅拌针以及不同角度的静止轴肩就可以进行焊接；固定待焊工件的平台只需要更换不同角度的垫板，并调整半圆形滑块的角度就可以进行铝合金板材的装夹进一步的，静止轴肩中的两个定位孔直径为10mm，深为1mm的；凸台尺寸为0.5mm，圆角的半径为板厚的二分之一。该方法的具体步骤如下：步骤1，利用紧定螺丝将搅拌针装配固定在主机机头的刀柄上，然后依次将第一刚性连接装置、第二刚性连接装置装配固定，随后将密封叠环装入静止轴肩的安装槽，再将静止轴肩装入刚性连接装置，拧紧紧定螺丝，压入静止轴肩上的圆孔，使搅拌针端部刚好从静止轴肩中露出。步骤2，调节固定待焊工件的平台半圆形滑块的角度，使其与静止轴肩的角度配合，拧紧压板，固定半圆形滑块的角度；接着，安装固定垫板以及待焊板材。步骤3，调节搅拌摩擦焊机主轴位置于待焊焊缝正上方，利用微调手轮调节搅拌头与焊件接触。步骤4，根据焊接材料和壁厚设定搅拌头旋转速率、焊接速率、下压量，启动搅拌摩擦焊设备，开始焊接。步骤5，焊接完毕，搅拌摩擦焊接设备电源，当发生搅拌针与静止轴肩粘连，导致焊接装置无法拆卸，可将内六角螺丝从拆卸螺纹孔拧入，使静止轴肩与搅拌针分离，最后可将静止轴肩取出清理。进一步的，待焊工件板材厚度为5-16mm，材料为铝、镁或铜合金，焊缝接头角度为90°-150°。本专利技术与现有技术相比，其显著优势在于：(1)本专利技术采用静止轴肩搅拌摩擦焊接技术，克服了传统搅拌摩擦焊焊接通过改变接头形式实现角焊缝时产生的不足，提高了铝合金角焊缝的性能。(2)本专利技术采用分体式可替换静止轴肩，采用分体式设计，便于安装密封叠环以及焊后清理，针对不同角度的角焊缝，可以调节不同角度的静止轴肩。(3)本专利技术采用密封叠环对静止轴肩以及搅拌针之间的缝隙进行动密封，阻止焊接过程中铝合金挤入搅拌针与静止轴肩的间隙，避免角焊缝中形成隧道孔洞等缺陷，提高了焊缝质量。(4)本专利技术采用可变角度的固定待焊工件的平台，只需要更换不同角度的垫板，并调整半圆形滑块的角度就可以进行铝合金板材的装夹，有助于实现不同角度的角焊缝固定待焊工件的平台的重复利用。附图说明图1为本专利技术装置整体示意图。图2为静止轴肩搅拌头示意图。图3为固定待焊工件的平台示意图。图4为静止轴肩搅拌头的剖面示意图。图5为静止轴肩的剖面图。图6为不同静止轴肩的示意图。其中，1为搅拌针、2为静止轴肩、3为第一刚性连接装置，4为第二刚性连接装置，5为密封叠环，6为角焊缝的带有角度的垫板、7为安装在滑块上的垫板，8为改变倾斜角度的半圆形滑块，9、10为固定滑块的压板，11为支撑滑块的底座，12为带有T型槽的工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变角度角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，该装置包括静止轴肩搅拌头以及固定待焊工件的平台；静止轴肩搅拌头包括：搅拌针(1)、静止轴肩(2)、第一刚性连接装置(3)、第二刚性连接装置(4)以及密封叠环(5)；固定待焊工件的平台包括：支撑铝合金板材的垫板(6)、(7)，改变倾斜角度的半圆形滑块(8)，固定滑块的压板(9)、(10)，支撑滑块的底座(11)以及带有T型槽的工作台(12)；其中，第一刚性连接装置(3)通过双头螺丝、螺母固定在搅拌摩擦焊机头上；将搅拌针(1)固定在搅拌摩擦焊机主轴的刀柄上；密封叠环(5)安装在静止轴肩(2)的密封槽(22)中，再将静止轴肩(2)插入第二刚性连接装置(4)，随后紧定螺丝拧进第二刚性连接装置(4)的紧定螺纹孔(14)、(15)，压入静止轴肩(2)的定位孔(19)、(20)，将静止轴肩(2)固定；第二刚性连接装置(4)通过内六角螺丝连接在第一刚性连接装置(3)上使搅拌针(1)依次穿过第二刚性连接装置(4)、静止轴肩(2)。

【技术特征摘要】
1.一种可变角度角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，该装置包括静止轴肩搅拌头以及固定待焊工件的平台；静止轴肩搅拌头包括：搅拌针(1)、静止轴肩(2)、第一刚性连接装置(3)、第二刚性连接装置(4)以及密封叠环(5)；固定待焊工件的平台包括：支撑铝合金板材的垫板(6)、(7)，改变倾斜角度的半圆形滑块(8)，固定滑块的压板(9)、(10)，支撑滑块的底座(11)以及带有T型槽的工作台(12)；其中，第一刚性连接装置(3)通过双头螺丝、螺母固定在搅拌摩擦焊机头上；将搅拌针(1)固定在搅拌摩擦焊机主轴的刀柄上；密封叠环(5)安装在静止轴肩(2)的密封槽(22)中，再将静止轴肩(2)插入第二刚性连接装置(4)，随后紧定螺丝拧进第二刚性连接装置(4)的紧定螺纹孔(14)、(15)，压入静止轴肩(2)的定位孔(19)、(20)，将静止轴肩(2)固定；第二刚性连接装置(4)通过内六角螺丝连接在第一刚性连接装置(3)上使搅拌针(1)依次穿过第二刚性连接装置(4)、静止轴肩(2)。2.根据权利要求1所述的可变角度角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述的搅拌针(1)整体采用H13模具钢制作，密封叠环(5)材料采用304不锈钢，其余部件均采用45钢制作。3.根据权利要求1所述的可变角度角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述的搅拌针(1)与静止轴肩(2)之间间隙为0.2～0.5mm。4.根据权利要求1所述的可变角度的角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，搅拌针(1)末端处设有比搅拌针根部直径加粗4～6mm，长4～6mm的轴肩(13)。5.根据权利要求1-4任一项所述的可变角度角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，搅拌针(1)与静止轴肩(2)之间设有密封叠环(5)，用于阻止焊接过程中铝合金挤入搅拌针(1)与静止轴肩(2)的间隙。6.根据权利要求1所述的可变角度角接接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，第二刚性连接装置(4)两侧设有紧定螺纹孔(14)、(15)，用于固定静止轴肩(2)；第二刚性连接装置(4)两侧设有拆卸螺纹孔(16)、(17)，当焊接材料挤入搅拌针(1)与静止轴肩(2)间隙使两者粘连时，将两者分开的；第二刚性连接装置(4)在上表面加工出定位凸台(18)保证安装时的同轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：周琦，周雨奇，王闻中，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32