[发明专利]一种搅拌摩擦焊接装置及角焊缝焊接方法

说明书

本发明涉及固相焊接技术领域，具体公开了一种搅拌摩擦焊接装置及角焊缝焊接方法。该搅拌摩擦焊接装置用于进行板材之间的角接头制造，包括焊接搅拌头结构以及曲面轴套结构；焊接搅拌头结构包括夹持部、螺杆部以及搅拌部，螺杆部设置于夹持部的下端，搅拌部安装于螺杆部的下端中心处；曲面轴套结构设有上下贯穿的轴孔，轴孔内形成储物腔，且曲面轴套结构的侧壁设有内外贯穿的送丝通道以连通储物腔，曲面轴套结构的下端面为弧形端面；曲面轴套结构套设于焊接搅拌头结构的外部。本申请通过采用搅拌摩擦增材以及焊接的方式制造角接头，可避免应力集中的出现，有效增大界面结合面积，克服现有角焊缝搅拌摩擦焊接技术固有局限性的问题，极大拓宽了角接头应用的范围。

技术领域

本发明涉及固相焊接技术领域，具体是一种搅拌摩擦焊接装置及角焊缝焊接方法。

背景技术

在许多重要焊接工程，如船舶、桥梁、火箭、电力设施、海洋石油钻井平台等工程领域中，角接头的应用极其广泛。但是随着焊接技术的发展，角接头易失效的问题引起人们的广泛关注。在焊接结构中，由于存在角焊缝的焊趾过高以及咬边等不合理的焊缝外形问题，通常会引起较大的应力集中情况，使接头处易产生疲劳裂纹，引发脆性断裂。因此降低角接头的应力集中程度，成为提高角接头可靠性的关键所在。

现有的降低角接头应力集中方法主要为改进焊接工艺、避免缺陷以及对角焊缝进行二次加工，进而改变焊缝形状减少应力集中的策略。且焊接时产生的气孔、夹渣、裂纹和未焊透等缺陷都会导致应力集中，其中裂纹和未焊透引起的应力集中最为严重。改进焊接工艺能够减少焊接缺陷的产生，但不能完全避免焊接缺陷的出现，对应力集中的降低作用有限。采用二次加工的方法将焊缝形状改为过度圆角有利于降低应力集中系数，能大幅度降低接头处的应力集中，但二次加工会使生产成本上升，降低生产效率。目前，通过搅拌摩擦焊技术已成功实现了角或者T型结构的连接，通过额外静止轴肩的装置的设计避免的塑性材料的流出，但角接头位置依然存在应力集中区，降低接头的服役寿命。

针对以上角接头存在的问题可以得出，如何设计出突破焊接头服役可靠性受限于应力集中大的现状的焊接装置仍亟待解决。

发明内容

本发明公开了一种搅拌摩擦焊接装置及角焊缝焊接方法，可避免应力集中的出现，有效增大界面结合面积，克服现有角焊缝搅拌摩擦焊接技术固有局限性的问题，极大拓宽了角接头应用的范围。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种搅拌摩擦焊接装置，包括焊接搅拌头结构以及曲面轴套结构；

所述焊接搅拌头结构包括夹持部、螺杆部以及搅拌部，所述螺杆部设置于所述夹持部的下端，所述搅拌部安装于所述螺杆部的下端中心处；

所述曲面轴套结构设有上下贯穿的轴孔，所述轴孔内形成储物腔，且所述曲面轴套结构的侧壁设有内外贯穿的送丝通道以连通所述储物腔，所述曲面轴套结构的下端面为弧形端面；

所述曲面轴套结构套设于所述焊接搅拌头结构的外部。

可选地，所述搅拌部包括主搅拌针以及至少一个辅搅拌针，所述主搅拌针安装于所述螺杆部底端的中心，所述辅搅拌针安装于所述螺杆部的底部端面处。

可选地，所述辅搅拌针轴线与所述主搅拌针轴线之间具有一定夹角。

可选地，所述夹持部的顶端为圆柱形的夹持面，所述夹持面与所述螺杆部之间连接有导致锥台形的安装件，所述安装件的上端设有夹持槽以连接所述夹持面。

可选地，所述主搅拌针、所述辅搅拌针设有螺纹，且所述主搅拌针、所述辅搅拌针与所述螺杆部的螺纹旋向相同。

可选地，所述储物腔的内壁与所述螺杆部的外壁之间设有间隙。

一种基于所述的搅拌摩擦焊接装置的角焊缝焊接方法，包括如下步骤：