[发明专利]一种半浮动式多轴肩搅拌工具及方法

说明书

本发明公开了一种半浮动式多轴肩搅拌工具及方法，包括：同轴装配的第一搅拌工具和第二搅拌工具，所述第一搅拌工具的底端设有向内凹陷的同轴孔，所述第二搅拌工具上端设有凸起的连接杆，通过所述的连接杆插入到同轴孔中，将第一搅拌工具和第二搅拌工具紧固在一起；所述同轴孔沿圆周方向上设置第一键槽，所述连接杆沿圆周方向上设置第二键槽，所述第一键槽和第二键槽之间通过键连接，且使得第一搅拌工具和第二搅拌工具之间沿轴向可相对滑动。本发明采用该种半浮动式多轴肩搅拌工具可以实现中空型材多条平行焊缝一次焊接成型，简化焊接工艺，提高焊接效率。

技术领域

本发明公开了一种半浮动式多轴肩搅拌工具及方法，涉及搅拌工具技术领域。

背景技术

搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding, FSW）是由英国焊接研究所于1991年发明的固相焊接方法，可有效避免熔化焊过程中产生的气孔、夹杂等问题，非常适用于铝合金、镁合金等金属的焊接。搅拌工具是搅拌摩擦焊的心脏，搅拌工具的设计、制造及表面处理工艺决定了其寿命和接头的性能。

常规搅拌摩擦焊顶煅力较大，被焊材料底部需要垫板，否则会因塑性材料流失而产生缺陷。对于工业中常用的铝合金中空型材，加垫板不容易实现，为了实现中空型材的焊接，在常规搅拌摩擦技术的基础上，发明了双轴肩搅拌摩擦焊技术，双轴肩搅拌摩擦焊采用具有上、下轴肩的自支撑搅拌工具，两个轴肩通过与被焊结构厚度相当的搅拌头连接，焊接过程中上、下轴肩与搅拌针共同旋转并与被焊材料相互作用实现焊接，其中，下轴肩代替了背部的刚性支撑垫板，因此可适用于中空型材和封闭结构件的焊接。由于型材存在公差，采用固定式多轴肩搅拌工具焊接时，多轴肩焊接过程中搅拌工具抖动较大，易造成搅拌针断裂。

发明内容

本发明针对上述背景技术中的缺陷，提供一种半浮动式多轴肩搅拌工具，简化焊接工艺，提高焊接效率，适应不同型腔间距的型材的焊接，大大提高了搅拌工具的通用性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种半浮动式多轴肩搅拌工具，包括：同轴装配的第一搅拌工具和第二搅拌工具，所述第一搅拌工具的底端设有向内凹陷的同轴孔，所述第二搅拌工具上端设有凸起的连接杆，通过所述的连接杆插入到同轴孔中，将第一搅拌工具和第二搅拌工具紧固在一起；它们的对称轴位于同一条垂直线上，所述同轴孔沿圆周方向上设置第一键槽，所述连接杆沿圆周方向上设置第二键槽，所述第一键槽和第二键槽之间通过键连接，且使得第一搅拌工具和第二搅拌工具之间沿轴向可相对滑动。

进一步的，所述的第一搅拌工具中部设有轴肩和搅拌针，所述的第二搅拌工具底部设有轴肩和搅拌针。

进一步的，所述第一键槽和第二键槽的宽度与键的宽度相等。

进一步的，所述第一键槽的长度大于键的长度，所述第二键槽的长度等于键的长度，所述键的厚度大于第二键槽深度，通过调整第二键槽的长度，可以实现不同型腔间距的型材焊接。

进一步的，第二键槽的中部设有螺纹孔，所述的键与第二搅拌工具之间采用螺栓连接。

进一步的，所述的第一搅拌工具上部加工有夹持柄。

进一步的，所述第一键槽和第二键槽均呈竖直的条形槽，且第一键槽和第二键槽的两端呈弧形，所述键的形状与第二键槽的形状一致。

一种焊接方法，通过上述的半浮动式多轴肩搅拌工具完成中空型材的搅拌摩擦焊；上搅拌工具对中上条焊缝，下搅拌工具对中下条焊缝，并使键位于键槽中间位置，焊接过程中，上条焊缝为固定式双轴肩搅拌摩擦焊接，下条焊缝为半浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接，下轴肩可随型腔间距的变化而上下自由滑动。

有益效果：1.本发明采用该种半浮动式多轴肩搅拌工具可以实现中空型材多条平行焊缝一次焊接成型，简化焊接工艺，提高焊接效率。

2.本发明可以适应不同型腔间距的型材的焊接，大大提高了搅拌工具的通用性，解决因型材公差导致的搅拌工具抖动大、搅拌针断裂问题。