一种铝合金搭接结构搅拌摩擦点焊的搅拌头

摘要

本发明提供了一种铝合金搭接结构搅拌摩擦点焊的搅拌头，由搅拌针5、轴肩6、轴柄7三个部分组成，搅拌头的材料选用30CrMnSi，调制处理HRC35～40，搅拌针5为根部直径大、上部直径小的圆柱体，根部直径A＝φ，其中φ为螺纹孔3的小圆直径，搅拌针5两侧倾角5°～7°，搅拌针5长度B＝0.5A+2.5δ，其中δ为板1的厚度，搅拌针5上每间隔0.8～1.5mm有深度0.2～0.8mm的截面为正三角形的环形凹槽51，轴肩6直径C＝1.4A+6，轴肩倾角61为4°～6°。本发明主要特点在于搅拌头增加了搅拌针的长度，为普通搅拌针长度的二至三倍，配合搅拌针上的环形凹槽，增大了搅拌针与材料间的接触面积，可以有效的增加搅拌针的热输入量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种搅拌头，特别是一种铝合金材料搭接结构搅拌摩擦点焊用的搅拌头。

背景技术

存在一种搅拌摩擦焊焊接接头形式，该接头形式为板1与底座2搭接，板1与底座2间 进行搅拌摩擦点焊，在焊接位置中间存在M5～M10螺纹孔3，结构形式见图1，其中板1厚 为3～6mm，外形尺寸大于φ20mm的圆形区域，底座的厚度大于8mm，外形尺寸大于φ20mm 的圆形区域，焊接的中间部位需要加工M5～M10的螺纹孔。

常规的搅拌摩擦头进行搭接点焊时，存在上下两板的连接区域4尺寸过小，连接不牢固 的问题，用常规的搅拌摩擦焊搅拌头，板与底座的有效连接宽度约1mm，用该专利中的搅拌 头，连接宽度可以达到2mm。

发明内容

本发明提供了一种铝合金搭接结构搅拌摩擦点焊的搅拌头。具体方案如下：

搅拌头是由搅拌针5、轴肩6、轴柄7三个部分组成的，搅拌头的材料选用30CrMnSi， 调制处理HRC35～40，搅拌针5为根部直径大、上部直径小的圆柱体，根部直径A＝φ，其 中φ为螺纹孔3的小圆直径，搅拌针5两侧倾角5°～7°，搅拌针5长度B＝0.5A+2.5δ，其 中δ为板1的厚度，搅拌针5上每间隔0.8～1.5mm有深度0.2～0.8mm的截面为正三角形的 环形凹槽51，轴肩6直径C＝1.4A+6，轴肩倾角61为4°～6°，轴柄7及搅拌头其余尺寸根 据搅拌摩擦焊设备情况自行确定，搅拌头结构见图2、图3。

该专利主要特点在于搅拌头增加了搅拌针的长度，为普通搅拌针长度的二至三倍，配合 搅拌针上的环形凹槽，增大了搅拌针与材料间的接触面积，可以有效的增加搅拌针的热输入 量。传统的搅拌摩擦焊的热输入主要来源于轴肩，而该搅拌摩擦头以搅拌针为热输入来源。 搅拌针长度的增加有效的增加了搅拌针对径向方向的下压量，径向下压量的增加带来的优点 是连接宽度的增加，焊缝连接牢固。

传统的搅拌头以轴肩作为主要的热输入部位，搅拌针的旋转主要使左右的材料相互连接， 对3mm厚的铝板其底部的下压力已衰减，在铝板底部起不到良好的搅拌作用，因此对上下两 零件并不能实现良好的连接。应用本专利的搅拌头通过对搅拌针结构形式的创新能有效的实 现上下两个零件的连接。常规的搅拌摩擦焊点焊技术(带回抽头)能做到上下零件的良好连 接，但本专利适用的焊接结构在点焊点处需要打孔攻丝，将导致有效连接面积减小，因此也 不能适用。

附图说明

图1为搭接点焊搅拌摩擦焊接头示意图。

图2为搅拌头结构图。

图3为搅拌头局部放大图。

其中：1——板、2——底座、3——螺纹孔、4——连接区域、5——搅拌针、6——轴肩、 7——轴柄、51——环形凹槽、61——轴肩倾角

具体实施方式

搅拌头材料选用30CrMnSi，调制处理HRC35～40，搅拌针长度为10mm，搅拌针根部直 径φ5mm，搅拌针两侧倾角6°，搅拌针上每间隔1mm加工深度0.3mm的截面为正三角形 的环形凹槽，轴肩直径为φ13mm，轴肩倾角5°。

1、将待焊工件安装固定：底座在下方，板在上方，板与底座贴合良好，板与搅拌摩擦焊 设备下压方向垂直，将板与底座同时固定；

2、将搅拌头安装在焊机上；

3、将搅拌摩擦焊机的倾角调为0°；

4、设置搅拌摩擦焊参数为：转速800r/min，下压速度5mm/min，轴肩下压量0.2mm，下 压到位后持续10s，焊后搅拌头上升10mm；

5、启动搅拌摩擦焊设备进行焊接，焊接完成后可以得到连接良好的接头；

6、在匙孔部位打φ5底孔，加工M6螺纹孔。