一种能减小飞边的无轴肩搅拌摩擦焊搅拌头，它由夹持柄（1）、支撑圆柱体（2）、前部圆柱体（3）和搅拌针（4）组成，前部圆柱体（3）的一端是搅拌针（4），另一端为支撑圆柱体（2），支撑圆柱体（2）与夹持柄（1）相连接；夹持柄（1）上铣有夹持平面（5）；夹持柄（1）与支撑圆柱体（2）连接处有圆弧过渡；前部圆柱体（3）和支撑圆柱体（2）之间有一个过渡机构（6），其特征是所述的搅拌针（4）为空间曲线回转结构，搅拌针（4）与前部圆柱体（3）相连的根部直径大于搅拌针（4）的顶底直径，搅拌针（4）的顶底设有圆弧形针顶（7），在搅拌针（4）根部与前部圆柱体（3）连接区域边缘处，设有一个环形凸起结构（9）。本发明专利技术能焊接不同厚度的板材且无需更换搅拌头，能提高自动化水平。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种材料连接技术，尤其是一种摩擦焊接技术，具体地说是一种能减小飞边的无轴肩搅拌摩擦焊的搅拌头。
技术介绍
众所周知，搅拌摩擦焊(FSW)是一种新型固相连接技术，适用于低熔点合金焊接。是1991年由英国焊接研究所(The Welding Institute, TWI)专利技术的(US 5460317),该技术的原理是利用高速旋转的搅拌头插入焊缝中，利用搅拌头的强烈摩擦和搅拌作用，使焊缝连接区处于热塑性状态并使其趋于熔化、混合，在一定的作用力下被连接在一起，搅拌头向前行进，而在搅拌头的后方则形成焊缝，从而完成固相连接。搅拌头是搅拌摩擦焊接技术的核心部分，实现搅拌摩擦焊的关键技术。搅拌头用以提供搅拌摩擦焊接过程中所需的热量，是焊缝区域热塑性材料实现定向转移的载体，同时也是热塑性材料与周围材料实现扩散连接的工具。国外相关研究机构在搅拌头的形状设计、材料选取及加工工艺等方面都进行了大量的研究。国际专利(W0 93110935)中，搅拌头轴肩端面为平面，其轴线与工件表面垂直；中国专利(CN 1144499A)中，对搅拌头轴肩的端面形状改为内凹形、轴线相对于工件法线方向偏离了一定角度(主轴倾角)。为了更好地促进焊缝区材料的塑形流动，还有许多专利对轴肩进行了多种形式的改进。在搅拌摩擦焊接的生产实践中，会碰到这样的板材需要进行焊接 O需要焊接的板材厚度不均匀； 2)需要焊接的两块板材厚度不相同。对于传统的搅拌摩擦焊接搅拌头，在碰到厚度不均匀的板材时，如果不均的变化较小时，可以通过不断的调整焊接时的压入量，甚至更换搅拌头进行焊接，但是这样焊接会使焊缝的力学性能降低。如果厚度相差较大，或者厚度变化比较剧烈时，则没有办法进行焊接。对于碰到需要焊接的两块板材厚度不同的情况是，传统的办法是把厚度厚的板材焊缝处进行减薄处理，使两块板材厚度相同，然后进行焊接。这样不仅增加的焊接的繁琐程度，更是降低了板材的力学性能。美国专利(US 7404510B2.US 7416102B1)涉及了无轴肩搅拌摩擦焊接搅拌头。该搅拌头能够焊接厚度不均的板材，也能焊接两块板厚不均匀的板材。但是该专利涉及的搅拌头焊后板材将存在前进侧减薄量很大，后退侧飞边很大的情况，容易出现缺陷，严重影响了焊接质量，大大的降低了焊缝的力学性能，而且焊缝也不美观，使该专利难以在生产实践中运用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的搅拌摩擦焊用搅拌头不能适应不同厚度板材及同一板材厚度不一致情况下的摩擦焊接的问题，专利技术一种既能适用于不同厚度板材焊接，又能适应于同一板材前后厚度不一致的能减小飞边的无轴肩搅拌摩擦焊的搅拌头，它能有效减小搅拌摩擦焊接焊缝前进侧减薄量、后退侧飞边，改善焊缝质量。本专利技术的技术方案是 一种能减小飞边的无轴肩搅拌摩擦焊搅拌头，它由夹持柄1、支撑圆柱体2、前部圆柱体3和搅拌针4组成，前部圆柱体3的一端是与其为一体的搅拌针4，另一端为支撑圆柱体2，支撑圆柱体2与夹持柄I相连接，搅拌头夹持柄1、支撑圆柱体2、前部圆柱体3和搅拌针4为同轴结构；夹持柄I上铣有夹持平面5 ;夹持柄I与支撑圆柱体2连接处有圆弧过渡；前部圆柱体3和支撑圆柱体2之间有一个过渡机构6，其特征是所述的搅拌针4为空间曲线回转结构，搅拌针4与前部圆柱体3相连的根部直径大于搅拌针4的顶底直径，搅拌针4的顶底设有圆弧形针顶7，在搅拌针4根部与前部圆柱体3连接区域边缘处，设有一个环形凸起结构9。所述形成搅拌针4回转结构的空间曲线为圆弧线、椭圆弧线、叶形线、蝴蝶曲线、渐开线、双弧外摆线、星形线、叶线、三叶线、阿基米德螺旋线、对数螺旋线或一峰三驻点曲线的全部或者部分曲线段。在搅拌针4表面上至少设有三条螺旋凹槽8，螺旋凹槽8均始于搅拌针针顶7，且均匀分布在搅拌针上。搅拌针4上的螺旋凹槽8开口应垂直于搅拌针表面，深度不小于O. 5mm。在搅拌针4根部与前部圆柱体3边缘连接处设置的环形凸起结构9的高度不小于O. 5mmο本专利技术的有益效果 本专利技术的搅拌头，通过改进无轴肩搅拌摩擦焊接搅拌头搅拌针表面形状和结构，解决了无轴肩搅拌焊接板材存在的前进侧减薄量很大，后退侧飞边很大，容易出现缺陷的问题。该搅拌头能运用到焊接厚度不均匀板材，厚度不一致的两块板材的生产实践中，提高了生产效率，而且易于实现生产的自动化。本专利技术可以焊接厚度变化的板材，且不需要更换搅拌头，解决了厚度变化的板材的焊接问题；这种搅拌头还可以用于焊接不同厚度的两块板材，解决了不同厚度板材间的焊接问题；使用这种搅拌头进行焊接时，对于不超过搅拌针厚度的不同厚度的材料，可以不更换搅拌头，使焊接过程易于实现自动化。将采用本专利技术设计的无轴肩搅拌头与普通的无轴肩搅拌头进行试验，实际测量证明，本专利技术的无轴肩搅拌头的前进侧和后退侧的高度差减低50%以上。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的搅拌针的放大结构示意图。图3为本专利技术应用于两块厚度不一样的板材时的不意图。图4为图3的局部放大示意图。图5为本专利技术应用于厚度不均匀板材的示意图，图中连接的板材为未焊接部分高，已焊接部分低。图6为图5的局部放大示意图。图7中连接的板材为已焊接部分低，未焊接部分高。图8为图7的局部放大示意图。具体实施例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。如图1、2所示。一种能减小飞边的无轴肩搅拌摩擦焊搅拌头，它由夹持柄1、支撑圆柱体2、前部圆柱体3、搅拌针4组成。前部圆柱体3的一端是与其为一体的搅拌针4，另一端为支撑圆柱体2，支撑圆柱体2与夹持柄I相连接，搅拌头夹持柄1、支撑圆柱体2、前部圆柱体3和搅拌针4为同轴结构。夹持柄I上铣有夹持平面5 ;夹持柄I与支撑圆柱体2连接处有圆弧过渡；从前部圆柱体3和支撑圆柱体2之间有一个过渡机构6 ;前部圆柱体3直接与搅拌针4底部直径相同，没有轴肩结构；如图1所示，搅拌针底部为圆弧形针顶7 ;搅拌针上分布有螺旋凹槽结构8 ;在搅拌针根部与前部圆柱体连接区域缘处，开有一个环形凸起结构9。如图2所示。本专利技术的搅拌针4表面为空间曲面结构，空间曲面是由圆弧线或其他曲线旋转而生成的，这些曲线包括圆弧线、椭圆弧线、叶形线、蝴蝶曲线、渐开线、双弧外摆线、星形线、叶线、三叶线、阿基米德螺旋线、对数螺旋线、一峰三驻点曲线等曲线的全部或者部分曲线段。在搅拌针4表面上有三条或者大于三条的螺旋凹槽结构8,螺旋凹槽结构8均始于搅拌针针顶7，均匀分布在搅拌针8上。搅拌针4上的螺旋凹槽8开口应垂直于搅拌针表面，深度需大于O. 5mm。在搅拌针4根部与前部圆柱体3连接区域边缘处，开有一个环形凸起结构，深度大于O. 5mm。图3、4是本专利技术对两块厚度不一样的板材进行对接焊接时的使用状态示意图，图中的序10和序11所示分别表示分别表示两块不同厚度的待连接的板材，其中序10所示板材比序11所示板材厚,序10板材的厚度为6mm，序11板材的厚度为5mm。图5、6为厚度不均匀的特殊板材焊接过程示意图，图中的序号12表示在焊缝的位置板材厚度不均匀，有的区域较厚，有的区域较薄。图5中连接的板材为未焊接部分高，已焊接部分低。图7、8也为厚度不均匀的特殊板材焊接过程示意图，图7中连接的板材为已焊接部分低，未焊接部分高。本专利技术的焊接工作的实施过程为 如图3、4所示。搅拌针4根部本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种能减小飞边的无轴肩搅拌摩擦焊搅拌头，它由夹持柄（1）、支撑圆柱体（2）、前部圆柱体（3）和搅拌针（4）组成，前部圆柱体（3）的一端是与其为一体的搅拌针（4），另一端为支撑圆柱体（2），支撑圆柱体（2）与夹持柄（1）相连接，搅拌头夹持柄（1）、支撑圆柱体（2）、前部圆柱体（3）和搅拌针（4）为同轴结构；夹持柄（1）上铣有夹持平面（5）；夹持柄（1）与支撑圆柱体（2）连接处有圆弧过渡；前部圆柱体（3）和支撑圆柱体（2）之间有一个过渡机构（6），其特征是所述的搅拌针（4）为空间曲线回转结构，搅拌针（4）与前部圆柱体（3）相连的根部直径大于搅拌针（4）的顶底直径，搅拌针（4）的顶底设有圆弧形针顶（7），在搅拌针（4）根部与前部圆柱体（3）连接区域边缘处，设有一个环形凸起结构（9）。
【技术特征摘要】
1.一种能减小飞边的无轴肩搅拌摩擦焊搅拌头，它由夹持柄(I)、支撑圆柱体(2)、前部圆柱体(3)和搅拌针(4)组成，前部圆柱体(3)的一端是与其为一体的搅拌针(4)，另一端为支撑圆柱体(2)，支撑圆柱体(2)与夹持柄(I)相连接，搅拌头夹持柄(I)、支撑圆柱体(2 )、前部圆柱体(3 )和搅拌针(4)为同轴结构；夹持柄(I)上铣有夹持平面(5 );夹持柄(I)与支撑圆柱体(2)连接处有圆弧过渡；前部圆柱体(3)和支撑圆柱体(2)之间有一个过渡机构(6)，其特征是所述的搅拌针(4)为空间曲线回转结构，搅拌针(4)与前部圆柱体(3)相连的根部直径大于搅拌针(4)的顶底直径，搅拌针(4)的顶底设有圆弧形针顶(7)，在搅拌针(4)根部与前部圆柱体(3)连接区域边缘处，设有一个环形凸起结构(9)。2.根据权利要求1所述的能减小飞边...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓永芳，左敦稳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。