[实用新型]一种可消除搅拌摩擦焊搭接中钩状缺陷的搅拌头及搅拌摩擦焊设备

说明书

本实用新型提供了一种可消除搅拌摩擦焊搭接中钩状缺陷的搅拌头及搅拌摩擦焊设备，解决了现有搅拌摩擦焊搭接中存在钩状缺陷的技术问题；该可消除搅拌摩擦焊搭接中钩状缺陷的搅拌头包括自上而下同轴依次连接的连接头、轴肩以及圆柱搅拌针；所述圆柱搅拌针的外周沿轴向设置有多个相互独立且依次连接的环形凸起结构；每个环形凸起结构的轴截面为两个相对于圆柱搅拌针中心轴对称设置的等腰三角形。

技术领域

本实用新型属于金属材料搅拌摩擦焊接领域，具体涉及一种可消除搅拌摩擦焊搭接中钩状缺陷的搅拌头。

背景技术

搅拌摩擦焊(friction stir welding，FSW)是英国焊接研究所于1991年发明的一种新型固相连接技术，其工作温度一般低于被焊材料的熔点，可以有效避免焊接过程中产生的金属氧化和硬化过程中可能出现的凝固裂纹、收缩和空洞现象，降低焊接残余应力和残余变形。作为一种新型的革命性固相连接技术，搅拌摩擦焊具有环保、节能、高效，且焊接接头强度高、可靠性好、变形小、缺陷率低等众多优点，尤其适用于铝合金、镁合金的焊接。

焊接过程中，高速旋转的搅拌针插入待焊工件内摩擦并向前移动，通过搅拌针和轴肩对工件的摩擦产生足够的热量，使其周围被焊金属达到黏塑性状态，被塑化的材料在焊具转动摩擦力的作用下从焊具前端流向后端，并受焊具挤压形成致密无缺陷的焊缝组织，实现材料的连接。

但在搅拌摩擦焊的焊接过程中由于焊核区两侧搭接界面处塑性金属向上或向下的流动导致接触界面弯曲，不可避免地会出现钩状缺陷。大量研究结果表明，焊接接头中的失效形式主要也是钩状缺陷处萌生的裂纹并沿一定方向扩展而导致接头失效，其严重制约了搅拌摩擦焊在诸多领域中的应用，因此，设计出一种能够消除搅拌摩擦焊接头中钩状缺陷的搅拌头具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有搅拌摩擦焊搭接中存在钩状缺陷的技术问题，从而提供一种可消除搅拌摩擦焊搭接中钩状缺陷的搅拌头。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术解决方案是：

一种可消除搅拌摩擦焊搭接中钩状缺陷的搅拌头，其特殊之处在于：包括同轴连接的轴肩以及圆柱搅拌针；所述圆柱搅拌针的外周沿轴向设置有多个相互独立且依次连接的环形凸起结构；每个环形凸起结构的轴截面为两个相对于圆柱搅拌针中心轴对称设置的等腰三角形，且等腰三角形的顶点朝外设置，即该环形凸起结构的厚度沿径向由内向外逐渐减小。

轴肩为一阶梯轴，包括小端和大端，其中，小端用于将整个搅拌头与搅拌摩擦焊设备进行连接，大端与圆柱搅拌针连接，且大端的直径大于圆柱搅拌针的直径；各个环形凸起结构相互独立、依次连接且轴截面呈对称的等腰三角形，使得圆柱搅拌针外围沿轴向形成一个锯齿状的结构，而各个环形凸起结构紧密连接，可充分保证在任意插入深度条件下，均可减少甚至消除钩状缺陷的产生，为了确保消除缺陷的效果，环形凸起结构的轴截面只能设计为等腰三角形。

进一步地，为了使在较浅的插入深度下仍能避免钩状缺陷，那么，远离轴肩的环形凸起结构下端与圆柱搅拌针下端面边沿最好相接。

进一步地，为了使消除钩状缺陷的效果更好，所述等腰三角形的顶角α满足20°α90°，若角度继续增大，此环形凸起结构对材料在厚度方向上流动的阻碍效果会减弱，影响消除钩状缺陷的效果，故选取该角度作为顶角度数。

进一步地，在上述范围内，从综合效果来看，所述α为30°时，消除钩状缺陷的效果最好。

本实用新型还提供了一种搅拌摩擦焊设备，其特殊之处在于：采用上述的搅拌头。

本实用新型的优点是：