[发明专利]一种专门用于低碳钢的摩擦搅拌头

说明书

本发明涉及一种专门用于低碳钢的摩擦搅拌头。使用特殊成分的轴芯材料，保证了耐磨性、耐高温性、导热性和良好的刚性，从而使得轴芯的材料尤其适合于低碳钢的摩擦搅拌焊接；温度检测孔的加入使得在加热时一方面可以检测温度，另一方面可以避免加热时产应的形变导致内应力过大，损坏轴芯。设置了电磁加热线圈，使得在摩擦搅拌焊接的同时使用电磁加热线圈可以提高摩擦搅拌头的温度，在高温下摩擦搅拌焊接的低碳钢效果更好，降低低碳钢的形变；同时设置了较大的轴肩，保证良好固定效果，使得低碳钢变形更小；设置了温度检测孔，使用红外探头检测轴芯的温度，保证了加热和摩擦搅拌焊的温度控制具有较高的精度。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种专门用于低碳钢的摩擦搅拌头。

背景技术

低碳钢(mild steel)为碳含量低于0.25％的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，大多不经热处理用于工程结构件，有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。

搅拌摩擦焊是指利用高速旋转的焊具与工件摩擦产生的热量使被焊材料局部熔化，当焊具沿着焊接界面向前移动时，被塑性化的材料在焊具的转动摩擦力作用下由焊具的前部流向后部，并在焊具的挤压下形成致密的固相焊缝。

CN110102869A公开了一种搅拌摩擦焊用搅拌头材料及其制备方法，材料的成分为W-Re-ZrC，避免了应力集中。

现有技术中一般使用钨钼合金或者YG8等材料作为摩擦搅拌头的材料，但是由于低碳钢一般都比较软，且强度较低，因此在摩擦搅拌焊接中很容易发生变形。

发明内容

针对上述内容，为解决上述问题，提供一种专门用于低碳钢的摩擦搅拌头，包括轴芯1、轴肩2、基座、线圈3、红外探头4和转速控制模块；

轴芯1的成分为，按质量百分比含有W：45～50％、Mo：30～35％、C：5～10％、Pt：5～8％、Al：3-5％、Re：1～2％、ZrC：1～2％、Co：1～2％：、Cr：1～2％；

轴芯1和轴肩2固定连接，轴肩2内设置有线圈3，线圈3表面设置有绝缘陶瓷涂层；线圈3缠绕轴芯1设置，使得线圈3产生的电磁场使得轴芯1发热；

轴芯1的直径和轴肩2的直径比为1：5～10；保证轴肩2的直径比轴芯1大很多，从而保证良好的稳定作用；轴芯1的尖端凸出轴肩2，轴芯1的尖端设置为球面，增加轴芯1与工件表面的接触面积；

轴芯1和轴肩2设置在基座上，基座设置有转速控制装置带动轴芯1和轴肩2转动；

轴芯1与基座连接的表面开设有温度检测孔，温度检测孔的轴线与轴芯1的轴线平行设置，且从轴芯1与基座连接的表面开设延伸至轴芯1内部；温度检测孔的外部设置红外探头4，从而使得温度检测孔内的红外线可以被红外探头4收集，以获得轴芯1内的温度。

温度检测孔包括中心温度检测孔5和边缘温度检测孔6，中心温度检测孔5的深度大于边缘温度检测孔6的深度；中心温度检测孔5的数量是一个，边缘温度检测孔6的数量为多个；

中心温度检测孔5设置于轴芯1中心，边缘温度检测孔6设置于轴芯1端面的边缘，且中心温度检测孔5的孔径大于边缘温度检测孔6的孔径，中心温度检测孔5用于检测轴芯1尖端附近的温度，边缘温度检测孔6用于检测轴芯1边缘的温度；

温度检测孔的开孔处被红外探头4封闭，从而保证了温度检测孔发出的光只被红外探头4收集，红外探头4不被外界杂散光影响。

线圈3的两端连接加热电源，加热电源驱动线圈3产生交变电场，交变电场使得轴芯1发热，轴芯1发热的最高温度达到1000℃。

轴芯1的成分为，按质量百分比含有W：45％、Mo：35％、C：5％、Pt：6％、Al：5％、Re：1％、ZrC：1％、Co：1％：、Cr：1％。