本发明提供了一种适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头，包括搅拌头主体，所述搅拌头主体的前端安装有活动轴肩，所述活动轴肩上设有搅拌针通道，所述搅拌针通道可容许搅拌头主体的搅拌针通过。本发明通过在搅拌头主体前端安装有活动轴肩，活动轴肩上设有搅拌针通道，搅拌针通道用于容许搅拌头主体的搅拌针通过，通过调节活动轴肩的角度，能应对不同角度的角接接头的焊接任务，扩大了搅拌摩擦焊搅拌头的使用范围。
1.一种适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，包括搅拌头主体（1），所述搅拌头主体（1）的前端安装有活动轴肩（2），所述活动轴肩（2）上设有搅拌针通道（201），所述搅拌针通道（201）可容许搅拌头主体（1）的搅拌针（101）通过，所述活动轴肩（2）包括第一轴肩（202）、第二轴肩（203），所述第一轴肩（202）与第二轴肩（203）之间转动连接，所述搅拌针通道（201）位于第一轴肩（202）与第二轴肩（203）之间的转动连接处，还包括角度调节盘（204）、第一活动连杆机构（205）以及第二活动连杆机构（206），所述第一活动连杆机构（205）的一端与第一轴肩（202）的后端转动连接，另一端与角度调节盘（204）的一侧转动连接；所述第二活动连杆机构（206）的一端与第二轴肩（203）的后端转动连接，另一端与角度调节盘（204）的另一侧转动连接，所述角度调节盘（204）可通过搅拌头主体（1）上的固定盘（102）上下活动限位套接于搅拌头主体（1）上。
2.根据权利要求1所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，还包括限位调节螺栓（207），所述角度调节盘（204）的左右两侧分别设有若干调节螺栓孔（2041），所述固定盘（102）上设有与调节螺栓孔（2041）相对应匹配的定位螺栓孔（1021），所述角度调节盘（204）与固定盘（102）之间通过调节螺栓孔（2041）、定位螺栓孔（1021）之间配合安装限位调节螺栓（207）进行上下距离调节。
3.根据权利要求1所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，所述第一活动连杆机构（205）以及第二活动连杆机构（206）均包括四个连杆以及两个转动杆，所述四个连杆平行设置，两端均铰接在转动杆上。
4.根据权利要求1所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，还包括球缺（3），所述搅拌针通道（201）为第一轴肩（202）以及第二轴肩（203）连接处中部上的两个半圆孔，所述球缺（3）的直径等于两个半圆孔的半径之和，球缺（3）的内部设有稍大于搅拌针（101）直径的圆柱形通道，所述球缺（3）通过圆柱形通道安装于搅拌针（101）上并位于第一轴肩（202）以及第二轴肩（203）连接处内侧之间的两个半圆孔之间，所述球缺（3）的两切面交线与第一轴肩（202）以及第二轴肩（203）下侧平面交线一致，所述球缺（3）的两侧切面上设有垫片卡槽（301），所述垫片卡槽（301）用于定位并安装球冠垫片（302）。
5.根据权利要求4所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，所述球冠垫片（302）包括接触垫片（3021）以及内部垫片（3022），所述内部垫片（3022）的内侧设有与垫片卡槽（301）相对应匹配的凸起的梯形小块（30221），外侧设有与梯形小块（30221）相对应匹配的梯形凹槽（30222），所述接触垫片（3021）的内侧设有与梯形凹槽（30222）相对应匹配的梯形块（30211），外侧平滑。
6.根据权利要求5所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，所述垫片卡槽（301）与梯形小块（30221）之间、梯形凹槽（30222）与梯形小块（30221）之间以及梯形凹槽（30222）与梯形块（30211）之间均通过相互对应匹配的矩形小块、矩形孔进行定位匹配安装。
7.根据权利要求1所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，所述活动轴肩（2）外侧设有沿焊接前进方向的滑道（208）。
8.根据权利要求1所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头，其特征在于，所述搅拌头主体（1）的后端设有法兰盘（103），所述搅拌头主体（1）通过法兰盘（103）的安装孔（1031）与电机固定盘相连，所述搅拌针（101）的后端设有夹持柄（1011），通过夹持柄（1011）与电机旋转轴连接。
一种适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头
技术领域
[0001] 本发明涉及搅拌摩擦焊角接技术领域，特别涉及一种适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头。
背景技术
[0002] 搅拌摩擦焊FSW是英国焊接研究所TWI于1991年发明的一种固相连接技术。在焊接过程中，轴肩和搅拌针旋转着插入被焊工件，搅拌头和被焊材料之间摩擦生热，使材料热塑化，并且在搅拌工具的机械锻压作用下，实现工件间的固相连接。该焊接方式具有焊接力学性能优良、焊接效率高、耗材和耗能低等特点。
[0003] 目前，搅拌摩擦焊已较为成熟的应用于板件或构件之间的对接和搭接连接。但是，在角接接头的焊接中，如图1所示，通常要将角接接头转换成对接接头以便适应搅拌头的旋转和焊接，对接接头是将两个板件交汇处设置过渡段且切削端部成斜面以便拼接成形，然而，该方式增加了制造和加工成本，而直接在板件背部对接焊的角接接头焊接性能有待进一步研究。近年，随着静止轴肩技术的发展，无需将角接接头转换成对接接头的搅拌摩擦焊成为可能。然而已有的搅拌头只能适用于焊接固定角度的角接接头，无法焊接一些非标准焊接角度的焊件，重新设计一款搅拌头费时费力，成本较高。
发明内容
[0004] 为解决上述问题，本发明旨在提出一种适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头，通过在搅拌头主体前端安装有活动轴肩，活动轴肩上设有搅拌针通道，搅拌针通道用于容许搅拌头主体的搅拌针通过，通过调节活动轴肩的角度，能应对不同角度的角接接头的焊接任务，扩大了搅拌摩擦焊搅拌头的使用范围。
[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0006] 一种适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头，包括搅拌头主体，所述搅拌头主体的前端安装有活动轴肩，所述活动轴肩上设有搅拌针通道，所述搅拌针通道可容许搅拌头主体的搅拌针通过。
[0007] 进一步的，所述活动轴肩包括第一轴肩、第二轴肩，所述第一轴肩与第二轴肩之间转动连接，所述搅拌针通道位于第一轴肩与第二轴肩之间的转动连接处。
[0008] 进一步的，还包括角度调节盘、第一活动连杆机构以及第二活动连杆机构，所述第一活动连杆机构的一端与第一轴肩的后端转动连接，另一端与角度调节盘的一侧转动连接；所述第二活动连杆机构的一端与第二轴肩的后端转动连接，另一端与角度调节盘的另一侧转动连接，所述角度调节盘可通过搅拌头主体上的固定盘上下活动限位套接于搅拌头主体上。
[0009] 进一步的，还包括限位调节螺栓，所述角度调节盘的左右两侧分别设有若干调节螺栓孔，所述固定盘上设有与调节螺栓孔相对应匹配的定位螺栓孔，所述角度调节盘与固定盘之间通过调节螺栓孔、定位螺栓孔之间配合安装限位调节螺栓进行上下距离调节。
[0010] 进一步的，所述第一活动连杆机构以及第二活动连杆机构均包括四个连杆以及两个转动杆，所述四个连杆平行设置，两端均铰接在转动杆上。
[0011] 进一步的，还包括球缺，所述搅拌针通道为第一轴肩以及第二轴肩连接处中部上的两个半圆孔，所述球缺的直径等于两个半圆孔的半径之和，球缺的内部设有稍大于搅拌针直径的圆柱形通道，所述球缺通过圆柱形通道安装于搅拌针上并位于第一轴肩以及第二轴肩连接处内侧之间的两个半圆孔之间，所述球缺的两切面交线与第一轴肩以及第二轴肩下侧平面交线一致，所述球缺的两侧切面上设有垫片卡槽，所述垫片卡槽用于定位并安装球冠垫片。
[0012] 进一步的，所述球冠垫片包括接触垫片以及内部垫片，所述内部垫片的内侧设有与垫片卡槽相对应匹配的凸起的梯形小块，外侧设有与梯形小块相对应匹配的梯形凹槽，所述接触垫片的内侧设有与梯形凹槽相对应匹配的梯形块，外侧平滑。
[0013] 进一步的，所述垫片卡槽与梯形小块之间、梯形凹槽与梯形小块之间以及梯形凹槽与梯形块之间均通过相互对应匹配的矩形小块、矩形孔进行定位匹配安装。
[0014] 进一步的，所述活动轴肩外侧设有沿焊接前进方向的滑道。
[0015] 进一步的，所述搅拌头主体的后端设有法兰盘，所述搅拌头主体通过法兰盘的安装孔与电机固定盘相连，所述搅拌针的后端设有夹持柄，通过夹持柄与电机旋转轴连接。
[0016] 有益效果：本发明通过在搅拌头主体前端安装有活动轴肩，活动轴肩上设有搅拌针通道，搅拌针通道用于容许搅拌头主体的搅拌针通过，通过调节活动轴肩的角度，能应对不同角度的角接接头的焊接任务，扩大了搅拌摩擦焊搅拌头的使用范围。
附图说明
[0017] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0018] 图1为本发明背景技术中的将角接接头转换成对接接头后的示意图；
[0019] 图2为本发明实施例所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头的整体结构示意图；
[0020] 图3为本发明实施例所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头的爆炸图；
[0021] 图4为本发明实施例所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头的侧面部分结构示意图；
[0022] 图5为图4中的A部放大图；
[0023] 图6为本发明实施例所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头的斜向部分结构示意图；
[0024] 图7为图6中的B部放大图；
[0025] 图8为本发明实施例所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头的角度调节盘的示意图；
[0026] 图9为本发明实施例所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头的内部垫片的内侧结构示意图；
[0027] 图10为本发明实施例所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头的内部垫片的外侧结构示意图；
[0028] 图11为本发明实施例所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头的接触垫片的内侧结构示意图；
[0029] 图12为本发明实施例所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头的接触垫片的外侧结构示意图；
[0030] 图13为本发明实施例所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头的限位调节螺栓结构示意图；
[0031] 图14为本发明实施例所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头所焊接的角接接头示意图；
[0032] 图15为通过本发明实施例所述的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头所焊接后的角接接头示意图。
具体实施方式
[0033] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0034] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0035] 实施例1
[0036] 参见图2‑15：一种适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头，包括搅拌头主体1，所述搅拌头主体1的前端安装有活动轴肩2，所述活动轴肩2上设有搅拌针通道201，所述搅拌针通道201可容许搅拌头主体1的搅拌针101通过。
[0037] 本实施例通过调节活动轴肩的角度，能应对不同角度的角接接头的焊接任务，扩大了搅拌摩擦焊搅拌头的使用范围。
[0038] 需要说明的是，传统的角接搅拌摩擦焊的静止轴肩只能满足特定角度的焊接任务，对不同角度的角接接头需要定制不同角度的轴肩，提高了焊接成本，若轴肩不能贴合焊件，会出现接头形状变化等其他问题，本实施例的活动轴肩可以实现不同角度的角接接头的轴肩与角接头的板体之间的完全贴合，适应性强，焊接效果好。
[0039] 在一具体的实例中，所述活动轴肩2包括第一轴肩202、第二轴肩203，所述第一轴肩202与第二轴肩203之间转动连接，所述搅拌针通道201位于第一轴肩202与第二轴肩203之间的转动连接处。
[0040] 本实施例的活动轴肩通过两个转动连接的第一轴肩、第二轴肩即可实现，结构简单。
[0041] 在具体实现中，本实施例的第一轴肩、第二轴肩之间通过销钉实现合页式转动连接。
[0042] 在一具体的实例中，还包括角度调节盘204、第一活动连杆机构205以及第二活动连杆机构206，所述第一活动连杆机构205的一端与第一轴肩202的后端转动连接，另一端与角度调节盘204的一侧转动连接；所述第二活动连杆机构206的一端与第二轴肩203的后端转动连接，另一端与角度调节盘204的另一侧转动连接，所述角度调节盘204可通过搅拌头主体1上的固定盘102上下活动限位套接于搅拌头主体1上。
[0043] 本实施例的角度调节盘当通过固定盘沿着搅拌头主体上下活动时，通过第一活动连杆机构以及第二活动连杆机构可驱动对应的第一轴肩与第二轴肩之间展开或者收合，从而改变活动轴肩之间的角度，便于适应不同角度的角接接头。
[0044] 在一具体的实例中，还包括限位调节螺栓207，所述角度调节盘204的左右两侧分别设有若干调节螺栓孔2041，所述固定盘102上设有与调节螺栓孔2041相对应匹配的定位螺栓孔1021，所述角度调节盘204与固定盘102之间通过调节螺栓孔2041、定位螺栓孔1021之间配合安装限位调节螺栓207进行上下距离调节。
[0045] 需要说明的是，本实施例的限位调节螺栓的螺纹长度较长，通过旋进定位螺栓孔的螺纹部长度不同来实现间距调节，调节后，通过中间螺母进行夹紧限位固定，从而实现角度调节盘上下活动限位套接于搅拌头主体上。
[0046] 在一具体的实例中，所述第一活动连杆机构205以及第二活动连杆机构206均包括四个连杆以及两个转动杆，所述四个连杆平行设置，两端均铰接在转动杆上。
[0047] 本实施例的第一活动连杆机构以及第二活动连杆机构的结构相同，均通过四个连杆以及对应的两个转动杆实现第一轴肩以及第二轴肩与角度调节盘两侧的翻转，从而实现活动轴肩的角度调节。
[0048] 在一具体的实例中，还包括球缺3，所述搅拌针通道201为第一轴肩202以及第二轴肩203连接处中部上的两个半圆孔，所述球缺3的直径等于两个半圆孔的半径之和，球缺3的内部设有稍大于搅拌针101直径的圆柱形通道，所述球缺3通过圆柱形通道安装于搅拌针101上并位于第一轴肩202以及第二轴肩203连接处内侧之间的两个半圆孔之间，所述球缺3的两切面交线与第一轴肩202以及第二轴肩203下侧平面交线一致，所述球缺3的两侧切面上设有垫片卡槽301，所述垫片卡槽301用于定位并安装球冠垫片302。
[0049] 需要说明的是，本实施例的活动轴肩在进行角度调节时，两个半圆形孔之间的间隙会不断变化，因此，为了更加贴合此搅拌针通道，本实施例通过两切面交线与第一轴肩以及第二轴肩下侧平面交线一致的球缺配合安装球冠垫片能够对搅拌针与搅拌针通道之间 的间隙进行完美贴合，减小焊接过程中的塑化金属流失、热量损失以及提高摩擦焊的焊接质量。
[0050] 本实施例的球缺和垫片伸入到活动轴肩的搅拌针通道中，在焊接过程中可以限制活动轴肩的错位转动；安装完成后垫片最终和活动轴肩外表面平齐，与焊件接触，将塑化的材料压在垫片和焊件之间，碾压成形形成光滑且外形与焊件原始形状一致的焊缝。
[0051] 在一具体的实例中，所述球冠垫片302包括接触垫片3021以及内部垫片3022，所述内部垫片3022的内侧设有与垫片卡槽301相对应匹配的凸起的梯形小块30221，外侧设有与梯形小块30221相对应匹配的梯形凹槽30222，所述接触垫片3021的内侧设有与梯形凹槽30222相对应匹配的梯形块30211，外侧平滑；所述垫片卡槽301与梯形小块30221之间、梯形凹槽30222与梯形小块30221之间以及梯形凹槽30222与梯形块30211之间均通过相互对应匹配的矩形小块、矩形孔进行定位匹配安装。
[0052] 需要说明的是，本实施例的球冠垫片设有两组，分别为接触垫片和内部垫片,均为球冠形，在切面上加工，接触垫片的外侧平滑，安装在垫片组的最外侧，安装完成后，外侧平面与活动轴肩的外侧平面平齐，焊接时与活动轴肩一同与焊件接触；内侧平面设有凸起的梯形小块，在梯形小块一侧开矩形孔，与内部垫片的外侧或垫片卡槽连接；内部垫片内侧与接触垫片内侧相同，与其他内部垫片的外侧或垫片卡槽连接，外侧设有梯形凹槽，梯形凹槽内设有凸出的矩形小块。垫片卡槽和梯形凹槽形状一致，设有相同的矩形小块，与梯形小块和矩形孔互补，可从侧面将垫片的梯形小块扣入梯形凹槽中，将矩形小块伸入矩形孔临时固定。每次安装对称的两片，垫片尺寸和球缺的切面一致。垫片设有搅拌针通道，安装完成后可填补活动轴肩和搅拌针之间的空隙，可减少其他紧固件使用，安装牢靠，拆卸方便。垫片宜采用高强、耐热和耐摩擦的材料制作而成。
[0053] 在一具体的实例中，所述活动轴肩2外侧设有沿焊接前进方向的滑道208。
[0054] 本实施例的滑道可减少搅拌头焊接过程中的前进阻力。
[0055] 在一具体的实例中，所述搅拌头主体1的后端设有法兰盘103，所述搅拌头主体1通过法兰盘103的安装孔1031与电机固定盘相连，所述搅拌针101的后端设有夹持柄1011，通过夹持柄1011与电机旋转轴连接。
[0056] 本实施例通过法兰盘以及夹持柄实现与电机固定盘以及电机旋转轴相连，通过电机带动夹持柄以及搅拌针进行转动，从而实现搅拌摩擦焊接。
[0057] 本实施例的适用于角接接头的轴肩角度可调型搅拌摩擦焊搅拌头的工作步骤：首先，将第一轴肩与第二轴肩上错位的销钉孔对齐，将销钉穿过两活动轴肩连接处的孔洞，将其组装成合页机构，使两活动轴肩可以相对销钉转动。安装活动连杆，使用活动连杆连接活动轴肩和角度调节盘。使用销钉和销栓将其两两铰接。调整活动轴肩角度，使用限位调节螺栓配合固定盘固定角度调节盘，限制角度调节盘的运动，进而限制活动轴肩的转动。安装垫片，将内部垫片和球缺的两侧面连接，从侧面将内部垫片内侧的凸起的梯形小块滑入垫片卡槽中，将垫片卡槽的矩形小块伸入梯形小块的矩形孔，将梯形小块扣在槽中，利用垫片卡槽的凹槽为垫片提供球缺切面方向的约束，利用矩形小块为垫片提供球缺法面方向的约束。利用上述步骤继续安装内部垫片，将接触垫片安装在最外侧，使得接触垫片外表面和活动轴肩平齐。将搅拌针从搅拌主体的外壳、垫片和轴肩组成的中空部分穿过，后端的夹持柄固定在电机旋转轴上，同时将外壳固定在电机固定盘上。
[0058] 待安装完成后，启动电机，电机带动电机旋转轴，进行焊接作业。
[0059] 焊接完成后，可重复上述操作，调整轴肩角度和增减垫片数量来完成对不同角度的角接接头的焊接任务。
[0060] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
