[实用新型]摩擦叠焊用塞棒结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及金属材料固相摩擦焊接加工技术，尤其涉及一种适用于摩擦柱塞焊接工艺中圆锥-圆柱型复合塞孔的摩擦叠焊用塞棒结构。

背景技术

摩擦柱塞焊接技术是在传统旋转摩擦焊基础上开发的一种新型固相连接技术，其基本原理是，高速旋转的圆柱或圆锥形焊接柱塞在轴向压力作用下与事先加工好的凹孔摩擦剪切，由于摩擦热的作用，柱塞将成为热塑性状态，在摩擦剪切力的作用下快速填充凹孔，随着焊接过程持续进行，即焊接柱塞的消耗量也逐渐增大，当凹孔被完全填充时，主轴头停转并顶锻保压，最后形成摩擦柱塞焊接接头，多个摩擦柱塞焊接接头相互叠加便形成了摩擦叠焊焊缝。英国焊接研究所首先将该成形过程定义为FHPP(Friction Hydro Pillar Processing)。

与传统的水下干法或湿法熔焊比较，摩擦柱塞焊具有对水深不敏感、焊接效率高、易于自动化和焊缝质量好等优势，因而在海洋平台和海底管道等水下钢结构物修复方面具有极大的应用潜力。除此之外，从目前公开的研究资料来看，所有水下摩擦柱塞焊接接头质量较差，在塞孔的底端拐角部位出现明显的未连接宏观缝隙，而塞孔塞棒的几何形状与尺寸与缺陷形成有密切关系；目前常用的主要为8-12mm直径的圆柱形塞孔与塞棒，或者直径12-20mm，锥度为20-30度之间的圆锥形塞孔塞棒，但随着焊接孔深的增大，圆柱形塞孔塞棒无法保证水下摩擦柱塞焊接接头的质量，若采用圆锥形塞孔塞棒，在保持锥度不变的情况将导致塞孔塞棒直径过大，容易超出该工艺设备的承载范围，造成不可焊现象，若减小塞孔塞棒锥度，则会减弱锥形连接面质量。

实用新型内容 

本实用新型的主要目的在于克服上述产品存在的缺陷而提供一种摩擦叠焊用塞棒结构，其可用于摩擦柱塞焊接工艺中锥形圆台形体和圆柱形体的复合式塞孔，保证焊接质量，提高水下钢结构物裂纹修复深度。

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下的技术方案予以实现：

本实用新型摩擦叠焊用塞棒结构，其特征在于，其包括塞孔和柱塞；该塞孔设置在待修复结构物裂纹处，其是由上端中空圆柱体和下端中空锥形圆台体一体成型的中空体；该柱塞为柱形体，上部为夹持部，下部为焊接部；该夹持部为圆柱形体，焊接部为圆柱体和锥形圆台体一体成型，该夹持部圆柱形体底端与焊接部圆柱体顶端一体成型，且夹持部圆柱形体直径大于焊接部圆柱体直径；该焊接部圆柱体底端与锥形圆台体大端一体成型，且焊接部圆柱体直径与锥形圆台体大端直径相同；该夹持部圆柱形体背离焊接部的一端设有与摩擦叠焊机主轴头夹持端接触的切削面。

前述的摩擦叠焊用塞棒结构，其中，所述塞孔中空圆柱体的直径为18至20mm，高度为13至15mm；塞孔中空锥形圆台形体大端直径与中空圆柱体直径相同，小端直径为9至10mm，高度为塞孔深度的1/2至1/3；所述柱塞夹持部圆柱形体的直径比夹持装置的夹持尺寸小40至60um，高度为40至80mm；柱塞焊接部圆柱体直径与塞孔圆柱体直径的差为0.5至1mm，焊接部圆柱体的高度为40至80mm；柱塞焊接部锥形圆台体大端直径与塞孔锥形圆台形体大端直径的差为0.5至1mm，柱塞焊接部锥形圆台体小端直径与塞孔锥形圆台形体小端直径的差为0.5至1mm，柱塞焊接部锥形圆台体高度为18至20mm。

前述的摩擦叠焊用塞棒结构，其中，所述柱塞材质符合摩擦叠焊性能要求。

前述的摩擦叠焊用塞棒结构，其中，所述夹持部圆柱形体与摩擦叠焊机主轴头接触的切削面为方形平面。

本实用新型摩擦叠焊用塞棒结构的有益效果是，1、将固相焊接应用于水下钢结构物裂纹修复，避免了传统水下熔焊导致的气孔，裂纹，夹杂以及水深水压导致的焊接电弧不稳，难以起弧等问题。2、该塞孔与柱塞底端接触部位呈平底倒角形状，在轴向压力的作用下产生径向分力促使塞孔与柱塞连接，可以改善焊接过程的金属流动性，保证塞孔与柱塞间隙完全填充，从而减小摩擦柱塞焊接缺陷，尤其是塞孔底端拐角区域的焊接缺陷。3、结构设计合理，能够完成30mm孔深的摩擦柱塞焊接工艺，增加实际工程中钢结构物的裂纹修复深度，焊接质量高。

附图说明

图1为本实用新型摩擦叠焊用塞棒结构整体结构示意图。

图2为本实用新型摩擦叠焊用塞棒结构实施状态示意图。

图中主要标号说明：1柱塞、2塞孔中空圆柱形体、3塞孔中空锥形圆台形体、4塞孔底、5塞孔与柱塞焊接部间隙、6焊接接头、7焊接接头飞边。具体实施方式