可改善焊缝性能的多足式搅拌摩擦焊搅拌头

摘要

一种可改善焊缝性能的多足式搅拌摩擦焊搅拌头，包括至少一个用于搅拌焊接形成焊缝的前置搅拌头(4)和至少一个置于所述前置搅拌头(4)之后用于对所述焊缝及母材进行旋转挤压的后置搅拌头(5)。本发明的多足式搅拌头除了能保证焊接过程的顺利进行外，同时对焊缝实施一个旋转挤压，让焊缝与母材实现均匀过渡，以降低应力集中，减至最低甚至消失。采用多足式搅拌头，焊缝能实现与母材的均匀过渡，消除FSW特有的厚度差。

权利要求

1.一种可改善焊缝性能的多足式搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，包括至少一个用于搅拌焊接形成焊缝的前置搅拌头(4)和至少一个置于所述前置搅拌头(4)之后用于对所述焊缝及母材进行旋转挤压以使所述焊缝动态再结晶的后置搅拌头(5)，所述前置搅拌头(4)包括搅拌探针(1)、轴肩(2)和夹持部件(3)，所述后置搅拌头(5)包括轴肩(2)和夹持部件(3)，且所述后置搅拌头(5)的压入量小于所述前置搅拌头(4)的压入量。

2.根据权利要求1所述的多足式搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，所述前置搅拌头(4)为一个，所述后置搅拌头(5)为两个。

3.根据权利要求2所述的多足式搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，两个所述后置搅拌头(5)对称地设置在所述前置搅拌头(4)的侧后方。

4.根据权利要求1-3中任一所述的多足式搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，所述前置搅拌头(4)和所述后置搅拌头(5)的旋转方向相反。

说明书

可改善焊缝性能的多足式搅拌摩擦焊搅拌头

技术领域

[0001] 本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种可改善焊缝性能的多足式搅拌摩擦焊搅拌头。

背景技术

[0002] 搅拌摩擦焊接(FSW：Friction Stir Welding)具有很高的焊接质量，在航空航天、车辆、造船等行业已得到广泛的应用，但是由于其自身的焊接特点，也存在一定的不足之处。如焊接接头焊缝部位一般会产生一个下压量，下压几何尺寸根据板材厚度的不同会有差异，一般为0.05～0.8mm左右，这就使得焊缝与母材过渡区域存在应力集中，从而成为焊接接头薄弱环节。对于大板材的搅拌摩擦焊接接头，除焊缝存在一个下压量外，轴肩的两侧由于塑性材料的甩出而形成飞边，在实际工程应用中，消除飞边过程即增加加工工序，又增加工业生产成本。

发明内容

[0003] 为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够有效避免焊接接头应力集中，提高焊接接头质量的搅拌摩擦焊搅拌头及焊接方法。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

[0005] 一种可改善焊缝性能的多足式搅拌摩擦焊搅拌头，包括至少一个用于搅拌焊接形成焊缝的前置搅拌头和至少一个置于所述前置搅拌头之后用于对所述焊缝及母材进行旋转挤压的后置搅拌头。

[0006] 所述前置搅拌头为一个，所述后置搅拌头为两个。

[0007] 两个所述后置搅拌头对称地设置在所述前置搅拌头的侧后方。

[0008] 所述前置搅拌头包括搅拌探针、轴肩和夹持部件，所述后置搅拌头包括轴肩和夹持部件。

[0009] 所述前置搅拌头和所述后置搅拌头的旋转方向相反。

[0010] 本技术发明主要为了消弱搅拌摩擦焊接接头焊缝厚度差引起的焊缝应力集中问题，其作用机理为：前面的前置搅拌头的功能为正常的搅拌完成焊缝，后面的后置搅拌头没有搅拌探针，其作用仅仅是对焊缝与母材表面进行旋转挤压。因为轴肩的热机械作用也比较强，板材表面的焊缝经过动态再结晶过程，组织得到改善，性能大大提高。后面的后置搅拌头的压入量比前面搅拌头的压入量要小，而且压入量的相对高度差值可以随机调节。多个搅拌头的旋转方向可以相同也可以相反。一般搅拌摩擦焊接的搅拌头逆时针旋转，后面的后置搅拌头可以是顺时针，再一次对板材表面进行超塑性处理，强化板材性能。

[0011] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：1)本发明的多足式搅拌头除了能保证焊接过程的顺利进行外，同时对焊缝实施一个旋转挤压，让焊缝与母材实现均匀过渡，以降低应力集中，减至最低甚至消失。采用多足式搅拌头，焊缝能实现与母材的均匀过渡，消除FSW特有的厚度差。2)改善焊缝性能。这种热机械作用可以改善焊接接头表面的组织，经历动态再结晶过程，晶粒细化，性能大大提高。3)减少焊缝残余应力。通过后置搅拌头进一步的旋转挤压，可使残余应力降至最低。4)制作成本低。焊接后，不需要后续的处理即可以工程应用，减少了消除厚度差和飞边的缺陷，省时、省力。

附图说明

[0012] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

[0013] 图1是现有技术的搅拌头的结构示意图；

[0014] 图2是本发明的搅拌头的结构示意图；

[0015] 图3是本发明的搅拌头工作时的旋转示意图。

[0016] 图中附图标记表示为：1-搅拌探针，2-轴肩，3-夹持部段，4-前置搅拌头，5-后置搅拌头。

具体实施方式

[0017] 如图2和图3所示，本发明的可改善焊缝性能的多足式搅拌摩擦焊搅拌头，包括至少一个用于搅拌焊接形成焊缝的前置搅拌头4和至少一个置于所述前置搅拌头4之后用于对所述焊缝及母材进行旋转挤压的后置搅拌头5。本实施例中，所述前置搅拌头4为一个，所述后置搅拌头5为两个。两个所述后置搅拌头5对称地设置在所述前置搅拌头4的侧后方。所述前置搅拌头4包括搅拌探针1、轴肩2和夹持部件3，所述后置搅拌头5没有搅拌探针，只包括轴肩2和夹持部件3。

[0018] 在进行搅拌摩擦焊接时，通过前置搅拌头4搅拌焊接形成焊缝后再通过后置搅拌头5对所述焊缝及母材进行旋转挤压。所述后置搅拌头5的压入量小于所述前置搅拌头4的压入量。所述前置搅拌头4和所述后置搅拌头5的旋转方向相反。因为轴肩2的热机械作用也比较强，板材表面的焊缝经过动态再结晶过程，组织得到改善，性能大大提高。后面的后置搅拌头5的压入量比前面搅拌头的压入量要小，而且压入量的相对高度差值可以随机调节。

[0019] 根据焊接基体材料的不同，搅拌头可采用低碳钢、高速钢及高温合金等材料制作。搅拌头可为柱形光头、柱形螺纹、锥形光头和锥形螺纹搅拌头等不同形式。前置搅拌头4的轴肩直径的变化范围为D＝17～27mm，搅拌探针直径的变化范围为d＝3～5mm。后置搅拌头5无探针轴肩几何尺寸可根据焊缝宽度要求做适当调整，一般轴肩直径尺寸变化范围约为D＝5～25mm，三搅拌头同时联动，后置搅拌头5的旋转方向同向或异向。

[0020] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。