[发明专利]一种双轴肩搅拌摩擦头水冷装置及冷却方法

说明书

本发明公开了一种双轴肩搅拌摩擦头水冷装置及冷却方法，该装置包含搅拌头上轴肩、下轴肩和位于上轴肩和下轴肩之间的搅拌针，所述上轴肩外套有套筒，上轴肩内安装有竖直冷却通道，上轴肩上安装有输送管，输送管通过直线轴承固定在套筒内，上轴肩内周向还设有水平冷却通道，在上轴肩外套有U形收集器。本发明的双轴肩搅拌摩擦头水冷装置，能够通过冷却水对整个双轴肩搅拌摩擦头上下轴肩的非焊接部位同时进行冷却，不仅降低了搅拌摩擦头温度，也降低了套筒、搅拌摩擦焊机机头的温度，改善了设备运行环境。

技术领域

本发明涉及双轴肩搅拌摩擦头水冷装置及冷却方法，属于焊接领域。

背景技术

自英国焊接研究所(TWI)于1991年发明了搅拌摩擦冷却方法以来，这项技术因其焊接变形小、残余应力小，无需保护气体和填充材料，可消除气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷，不产生弧光、烟尘、噪音污染等，同时能显著降低成本、节省材料、优化结构、减轻飞行器的结构重量等特点受到各国科研机构的关注。由于这项技术具有很多其他方法所不具备的显著特点，它很快就被用于航天领域，新一代运载火箭芯级贮箱筒段纵缝的焊接就是选用这种方法。尽管利用搅拌摩擦冷却方法可以获得高质量的焊接接头，但仍然存在很多难点，如搅拌头在高温下容易磨损，影响其使用寿命。因此如何降低搅拌头的工作温度成了重要的工作。

专利(申请号201310139472.0)设计了专门的搅拌头和工件冷却器，搅拌头冷却器安装在被焊接工件保护器上端，搅拌头安装在搅拌头冷却器和被焊接工件保护器之中，冷却介质用于间接冷却搅拌摩擦头，且所述冷却器结构复杂；专利(申请号03134361.9)同样通过冷却介质间接冷却搅拌摩擦头，所设计的冷却水系统结构复杂，但显然这个方法所需要的冷却装置较大且适用性不强；此外还有专利(申请号201310449604.X)通过固定设置在主轴头机箱的下方冷却盘来冷却主轴头的杆部，但需要多种进油管路、出油管路，需要设计蓄能器和平衡阀，实际上还是一种间接冷却方法。因此设计出一种既能最大程度实现搅拌摩擦头冷却功能、又能最大程度地避免影响焊接质量、又能够简单快速操作的冷却方法和装置成为了一个迫在眉睫的重要任务。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种双轴肩搅拌摩擦头水冷装置及冷却方法，既能最大程度实现搅拌摩擦头冷却功能、又能最大程度地避免影响焊接质量、又能够简单快速操作。

技术方案：为实现上述目的，本发明的双轴肩搅拌摩擦头水冷装置，包含搅拌头上轴肩、下轴肩和位于上轴肩和下轴肩之间的搅拌针，所述上轴肩外套有套筒，上轴肩内安装有竖直冷却通道，上轴肩上安装有输送管，输送管通过直线轴承固定在套筒内，上轴肩内周向还设有水平冷却通道，在上轴肩外套有U形收集器。

作为优选，所述下轴肩下方安装有空心锥体，所述空心锥体包含壳体，壳体的底部设有开口，在壳体内壁上设有螺纹孔，在下轴肩和壳体上均设有孔，壳体的下方设有水槽，开口位于水槽内，通过壳体内壁的螺纹孔带动水槽内的冷却水进入到下轴肩上，并通过下轴肩上和壳体的孔排出壳体外。

作为优选，所述空心锥体与下轴肩之间设有圆形挡盖，圆形挡盖将从下轴肩孔里甩出来的冷却水挡住后，由于重力冷却水下回到水槽中。

作为优选，所述输送管通过螺纹与上轴肩连接，搅拌针通过螺纹与上轴肩连接，搅拌针和输送管的螺纹旋向相反。

作为优选，所述输送管的底部与上轴肩之间设有高温密封圈。

作为优选，所述空心锥体通过螺纹与下轴肩相连，搅拌针通过螺纹与下轴肩相连，空心锥体与搅拌针的螺纹方向相反。

一种上述的双轴肩搅拌摩擦头水冷装置的冷却方法，包括以下步骤：

(1)将搅拌针两端旋入搅拌头上轴肩和下轴肩中，使之成为一个整体；

(2)将搅拌摩擦头上轴肩固定安装在套筒下端；