[发明专利]一种浮动式双静止轴肩搅拌摩擦焊接用搅拌头

说明书

本发明涉及一种浮动式双静止轴肩搅拌摩擦焊接用搅拌头，包括搅拌针、固定且位于搅拌针中部的上轴肩和下轴肩、套设在搅拌针上部并为上轴肩提供压力的下压单元、套设在搅拌针下部并为下轴肩提供升力的上升单元。与现有技术相比，本发明通过设置下压单元和上升单元，将上轴肩和下轴肩压住待焊接的两个工件，而且当搅拌针在高速旋转的时候，上轴肩和下轴肩不会发生旋转，因此在焊接过程中不会和工件发生高速摩擦的情形，不会使工件变形，从而保证了焊缝的质量。

技术领域

本发明涉及摩擦焊接技术领域，具体涉及一种浮动式双静止轴肩搅拌摩擦焊接用搅拌头。

背景技术

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，FSW)作为一种固相焊接方法，以其先进、绿色安全可靠的工艺特点在航空天、轨道交通汽车制造业中得到日益广泛的应用。搅拌摩擦焊被广泛地应用到铝合金和镁等低熔点、高性能的金属材料焊接中，避免了传统焊接技术在焊此类材材料时产生的气孔、裂纹等缺陷，增强了焊缝质量，减小接变形，节省了焊材料。

为了保证焊接过程的搅拌针能够有足的下压力使工件软化并压入内部，搅拌摩擦焊接设备应当具有较大的负载能力。同时为了焊接精度，需要在前进行确装夹，并且背部还需要刚性支撑，因而无法焊接复杂大型结构和特殊位置的工件。此外，一般搅拌摩擦焊由于热输入主要来自工件上表面，热输入梯度大焊缝质量容易产生缺陷。因此，双轴肩搅拌摩擦焊技术在很大程度上增加了接的灵活性和焊缝的质量。双轴肩搅拌头由上下两个通过针链接，并由上、下两个轴肩对工件起到支撑作用。

目前，双轴肩搅拌头在焊接过程中上、下轴肩之间的隙固定不变。如此在焊接过程中遇到卡住或者变厚度的工件，会造成整个搅拌头的损坏或者焊缝发生飞边等质量问题，而降低接头承载能力；现有的可浮动式双轴肩搅拌头通过下轴肩被动适应工件厚度或者通过手动机械调节上、下轴肩之间的隙来实现间隙的改变。如此在焊接过程中不能来实现间隙的改变，并通过上下轴肩间隙的主动改变来控制上下轴肩对工件的压力，这样同一不处厚隙来控制上、下轴肩对工件的压力没有主动控制会造成同一工件不同处焊缝质量不同而降低接头承载能力。

传统的搅拌头轴肩与搅拌针同时旋转，轴肩与被焊接材之间的摩擦是主要产热方式，由于轴肩和搅拌针一体，在旋转焊接过程中，会产生飞边，并缝处使塑化材料从转动的搅拌针两侧挤出，留出凹陷而且热输入梯度大。这些都会对焊缝组织和性能产生一定的影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种焊接质量稳定的浮动式双静止轴肩搅拌摩擦焊接用搅拌头。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种浮动式双静止轴肩搅拌摩擦焊接用搅拌头，该搅拌头包括搅拌针、固定且位于搅拌针中部的上轴肩和下轴肩、套设在搅拌针上部并为上轴肩提供压力的下压单元、套设在搅拌针下部并为下轴肩提供升力的上升单元，焊接时，两个待焊接的工件夹持在上轴肩和下轴肩之间，并通过下压单元和上升单元将上轴肩和下轴肩紧压在工件的上下两侧，所述搅拌针插设在两个待焊接的工件之间的缝隙中，搅拌针旋转并沿着两个待焊接的工件之间的缝隙移动，直至完成焊接。本发明通过设置下压单元和上升单元，将上轴肩和下轴肩压住待焊接的两个工件，而且当搅拌针在高速旋转的时候，上轴肩和下轴肩不会发生旋转，因此在焊接过程中不会和工件发生高速摩擦的情形，不会是工件变形，从而保证了焊缝的质量。

所述的下压单元包括套设在搅拌针上部的倒T字型的搅拌针壳、套设在搅拌针壳外侧的上线圈，所述搅拌针壳包括沿着搅拌针轴向设置的竖直部以及设置在竖直部底部且和竖直部平行的水平部，所述上线圈套设在竖直部外侧，且上线圈的底部与水平部的顶端接触，所述上轴肩与水平部的底端固定连接。

所述竖直部的顶端和底端分别通过上圆柱滚子轴承和下圆柱滚子轴承与搅拌针连接。通过两个圆柱滚子轴承，可以保证搅拌针在高速旋转时，上轴肩不会旋转。

所述上线圈的外侧套设上线圈外壳，所述上线圈外壳的底部固定在水平部的上端。设置外壳是为了将上线圈与外界隔绝，防止触电的发生。