[发明专利]倾角可调且轴肩呈上凹下凸式搅拌摩擦焊的焊具及方法

权利要求书

1.一种倾角可调且轴肩呈上凹下凸式搅拌摩擦焊的焊具，所述焊具包括夹持体和搅拌体，夹持体包括上圆柱体(1)和下圆柱体(2)，其特征在于：所述搅拌体包括主搅拌针(3)和辅助搅拌针(4)，上圆柱体(1)、下圆柱体(2)、主搅拌针(3)、辅助搅拌针(4)由上至下依次设置且制成一体，所述上圆柱体(1)的直径小于下圆柱体(2)的直径，上圆柱体(1)的外表面上设有夹持面(1-1)，下圆柱体(2)的外表面上设有至少两个环形隔热槽(2-1)，主搅拌针(3)为锥形体，主搅拌针(3)的上端直径大于下端直径，主搅拌针(3)的外表面设有螺纹(3-1)，辅助搅拌针(4)为锥形体，辅助搅拌针(4)的下端为尖点，辅助搅拌针(4)的锥形外表面沿圆周均布设有4～8个沟槽(4-1)，所述下圆柱体(2)的下端面为外边缘高于中心的凹形轴肩面(2-2)，所述辅助搅拌针(4)的上端面为外边缘低于中心的凸形轴肩面(4-2)。

2.根据权利要求1所述倾角可调且轴肩呈上凹下凸式搅拌摩擦焊的焊具，其特征在于：所述凸形轴肩面(4-2)与焊具中心轴线(N-N)之间的夹角为下夹角(α)，下夹角(α)为45°～75°。

3.根据权利要求1或2所述倾角可调且轴肩呈上凹下凸式搅拌摩擦焊的焊具，其特征在于：所述凹形轴肩面(2-2)与焊具中心轴线(N-N)之间的夹角为上夹角(β)，上夹角(β)为78°～82°。

4.根据权利要求3所述倾角可调且轴肩呈上凹下凸式搅拌摩擦焊的焊具，其特征在于：所述焊具的材质为高速钢。

5.一种利用权利要求1所述焊具实现倾角可调且轴肩呈上凹下凸式搅拌摩擦焊的方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、确定辅助搅拌针(4)的尺寸：根据被焊件的厚度确定凹形轴肩面(2-2)的凹形上轴肩直径(D1)、辅助搅拌针(4)的轴肩直径(D2)和凹形轴肩面(2-2)至辅助搅拌针(4)的上端面之间的间距(L)，凹形上轴肩直径(D1)为被焊件厚度的1.7倍～2.6倍，辅助搅拌针(4)的轴肩直径(D2)为凹形上轴肩直径(D1)的0.2倍～0.4倍；

步骤二、确定凸形轴肩面(4-2)与焊具中心轴线(N-N)之间的下夹角(α)：凸形轴肩面(4-2)与焊具中心轴线(N-N)之间的下夹角(α)为45°～75°；

步骤三、确定搅拌体的使用长度(L)：根据被焊件的厚度确定搅拌体的使用长度(L)，搅拌体的使用长度(L)比被焊件的厚度小0.1mm～0.3mm；

步骤四、确定凹形轴肩面(2-2)与焊具中心轴线(N-N)之间的上夹角(β)：凹形轴肩面(2-2)与焊具中心轴线(N-N)之间的上夹角(β)为78°～82°；

步骤五、焊具倾斜角的调整：调整焊具的倾斜角即该焊具的焊具中心轴线(N-N)与被焊件的法线的夹角，调整该夹角为1°～3°度；

步骤六、进行中空无支撑结构的搅拌摩擦焊：焊具以100转/分钟～1500转/分钟的转速，以1毫米/分钟～10毫米/分钟的压入速度压入被焊件中，凹形轴肩面2-2的压入深度为0.1毫米～0.3毫米，以20毫米/分钟～1000毫米/分钟的焊接速度沿焊接方向行走直至完成焊接。

6.根据权利要求5所述倾角可调且轴肩呈上凹下凸式搅拌摩擦焊的方法，其特征在于：步骤一中凹形上轴肩直径(D1)为被焊件厚度的(2)倍，辅助搅拌针(4)的轴肩直径(D2)为凹形上轴肩直径(D1)的0.3倍。

7.根据权利要求5所述倾角可调且轴肩呈上凹下凸式搅拌摩擦焊的方法，其特征在于：步骤二中凸形轴肩面(4-2)与焊具中心轴线(N-N)之间的下夹角(α)为55°；步骤四中凹形轴肩面(2-2)与焊具中心轴线(N-N)的之间的上夹角(β)为80°。

8.根据权利要求5所述倾角可调且轴肩呈上凹下凸式搅拌摩擦焊的方法，其特征在于：步骤三中搅拌体的使用长度(L)比被焊件的厚度小0.2mm。

9.根据权利要求5所述倾角可调且轴肩呈上凹下凸式搅拌摩擦焊的方法，其特征在于：步骤五中焊具的焊具中心轴线(N-N)与被焊件的法线的夹角为2°度。

10.根据权利要求5所述倾角可调且轴肩呈上凹下凸式搅拌摩擦焊的方法，其特征在于：步骤六中焊具以800转/分钟的转速，以3毫米/分钟的压入速度压入被焊件中，凹形轴肩面(2-2)的压入深度为0.2毫米，以300毫米/分钟的焊接速度沿焊接方向行走直至完成焊接。