一种适用于不同厚度板材焊接的搅拌头的制作方法

1.本实用新型属于搅拌摩擦焊技术领域，尤其涉及一种适用于不同厚度板材焊接的搅拌头。


背景技术：

2.现有搅拌摩擦焊用的搅拌头通常包括夹持部分、轴肩和搅拌针。动轴肩搅拌摩擦焊的搅拌头，轴肩和搅拌针一般为一体式的；静止轴肩搅拌摩擦焊的搅拌头，轴肩和搅拌针一般为分体式的。轴肩和夹持端受到的磨损一般较小，搅拌针的针尖由于可能会接触到工装底板，因此容易发生磨损；当焊接开始时搅拌针开始下扎，被焊接材料处于较硬状态，也容易导致搅拌针的尖端严重磨损。
3.申请号为200810064309.1的专利文件公开了在搅拌摩擦焊接高熔点材料工艺中防止搅拌头磨损的方法，其通过在焊接起始下扎阶段在板材上设置内凹孔，以减小搅拌头针部的磨损；但这种方法需要在焊接前在待焊接工件上加工内凹孔，增加了焊接的工序，而且搅拌头为一体式或搅拌针整体式的结构，焊具制造成本高，搅拌针一旦磨损整体报废，使用成本高。
4.申请号为200920155910.1的专利文件公开了一种分体式搅拌摩擦焊搅拌头，其采用夹持端与搅拌头主体分离的方式，但其轴肩与搅拌针仍为一体，在搅拌针发生磨损时依然要更换整体搅拌头，并没有实质性降低材料和加工成本。
5.另外，对应于不同厚度板材的焊接，需要制造用于不同厚度板材焊接的具有不同搅拌针长度的焊具，制造成本较高。目前有一些技术通过对焊接设备进行改进，采用可调式搅拌针长的焊接设备，实现不同厚度板材的焊接。例如申请号为201710612418.1的专利文件公开了一种搅拌针长度可调的搅拌摩擦焊装置及焊接方法，其通过液压油缸与搅拌针传动连接来自动调节搅拌针长度，但是结构复杂，对设备的要求较高，可靠性低，成本高。
6.需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种适用于不同厚度板材焊接的搅拌头，通过设置可替换芯，能够在过度磨损后快速更换，降低材料成本，降低加工成本，且机械结构简单，使用维护简单方便，可靠性强，无需增加额外工艺步骤，实用性强。
8.为实现上述目的，本实用新型提出了一种适用于不同厚度板材焊接的搅拌头，其特征在于，所述适用于不同厚度板材焊接的搅拌头包括轴肩、搅拌针和可替换芯，所述搅拌针同轴设置于所述轴肩，并一端凸出于所述轴肩的轴向端面，所述搅拌针的凸出部为头部；所述可替换芯同轴可拆卸设置于所述搅拌针的所述头部，并凸出于所述头部的端面，所述可替换芯的凸出部为芯头，所述搅拌针能够带动所述可替换芯同步旋转运动。
9.在一个示例中，所述可替换芯包括固定连接于所述芯头根部的芯杆，所述芯杆设置有外螺纹；所述搅拌针同轴地开设有安装孔，所述安装孔的内径与所述芯杆的外径相等，
且所述安装孔设置有与所述芯杆的外螺纹相适配的内螺纹，所述芯杆能够插入所述安装孔内，并与所述安装孔螺纹紧固连接，以将所述可替换芯可拆卸安装于所述搅拌针。
10.在一个示例中，所述芯头的根部外径大于所述芯杆的外径，或所述芯头的根部外径等于所述搅拌针的所述头部的端面外径。
11.在一个示例中，所述芯杆装入所述安装孔的旋紧方向与所述搅拌针使用时的旋转方向相同。
12.在一个示例中，所述可替换芯包括具有不同芯头形状的多种型号。
13.在一个示例中，所述适用于不同厚度板材焊接的搅拌头的焊接深度为所述搅拌针的所述头部的长度与所述可替换芯的所述芯头的长度之和，且所述可替换芯包括具有不同芯头长度的多种型号。
14.在一个示例中，所述轴肩和所述搅拌针采用镍基合金或者钴基合金材料制成，所述可替换芯采用工具钢材料制成。
15.在一个示例中，所述搅拌针的所述头部设置有搅拌螺纹。
16.在一个示例中，其特征在于，所述搅拌针包括固定连接于所述头部的杆部；所述轴肩同轴地开设有让位孔，且所述让位孔的内径与所述杆部的外径相等，所述搅拌针的所述杆部穿设于所述轴肩内，所述搅拌针能够相对于所述轴肩绕自身轴线旋转运动。
17.在一个示例中，其特征在于，所述轴肩与所述搅拌针固定连接，所述轴肩能够带动所述搅拌针同步旋转运动。
18.通过本实用新型提出的一种适用于不同厚度板材焊接的搅拌头能够带来如下有益效果：
19.1、本实用新型通过设置可替换芯，能够在过度磨损后快速更换，降低材料成本，降低加工成本，且机械结构简单，使用维护简单方便，可靠性强，无需增加额外工艺步骤，实用性强。
20.2、通过设置螺纹可拆卸连接，能够保证连接紧密，还能阻止焊接过程中塑性材料进入到可替换芯与搅拌针之间，保证可替换芯的正常工作及能够正常拆卸，保证设备的正常运行，降低维修成本，实用性强。
21.3、通过设置根部外径大于芯杆外径或等于头部端面外径的芯头，能够保证可替换芯安装精度，保证焊接效果，还能阻止焊接过程中塑性材料进入到可替换芯与搅拌针之间，保证设备的正常运行，降低维修成本，实用性强。
22.4、通过设置与搅拌针旋转方向相同的芯杆的旋紧方向，能够避免可替换芯在旋转过程与搅拌针的连接松动，避免损坏可替换芯，保证焊接过程的正常进行，实用性强。
23.5、通过设置具有不同芯头形状的多种型号的可替换芯，能够适配不同焊缝形式的焊接工作，增强使用功能，优化焊接效果，提高焊接质量，实用性强。
24.6、通过设置具有不同芯头长度的可替换芯，能够扩大适用范围，适应不同的焊缝深度，增强使用功能，降低设备成本，降低生产成本，实用性强。
25.7、通过设置耐磨性较高的材料制成的轴肩和搅拌针及成本低的材料制成的可替换芯，能够延长受磨损较少的轴肩和搅拌针的使用寿命，从而降低制造成本，而受磨损较多的可替换芯虽然使用寿命短，但是其制造成本低，所以实质上降低了整体的使用成本，实用性强。
26.8、通过设置搅拌螺纹，能够提高焊接时的摩擦发热效率，还能充分搅拌塑性材料，使之更加均匀，提高焊接效率，降低加工成本，优化焊接效果，提高产品质量，实用性强。
27.9、通过设置可相对于轴肩旋转运动的搅拌针，能够实现适用于不同厚度板材焊接的搅拌头的静轴肩形式，产生的热输入量小，适用于热传导率较小的材料，且能够通过静轴肩抹平焊缝，使焊缝平整光滑，实用性强。
28.10通过设置相互固定连接的轴肩和搅拌针，能够实现适用于不同厚度板材焊接的搅拌头的动轴肩形式，结构简单，可靠性强，制造成本低。
附图说明
29.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
30.图1为本实用新型的具有动轴肩的一种适用于不同厚度板材焊接的搅拌头的结构示意图；
31.图2为本实用新型的具有静轴肩的一种适用于不同厚度板材焊接的搅拌头的结构示意图；
32.图3为本实用新型的一个实施例提出的可替换芯的结构示意图；
33.图4为本实用新型的另一个实施例提出的可替换芯的结构示意图；
34.图5为本实用新型的搅拌针的结构示意图。
具体实施方式
35.为了更清楚的阐释本实用新型的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
36.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
37.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
38.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
39.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书
的描述中，参考术语“一个方案”、“一些方案”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该方案或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个方案或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的方案或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个方案或示例中以合适的方式结合。
40.如图1～图4所示，本实用新型的实施例提出了一种适用于不同厚度板材焊接的搅拌头100，其包括轴肩1、搅拌针2和可替换芯3，搅拌针2同轴设置于轴肩1，并一端凸出于轴肩1的轴向端面，搅拌针2的凸出部为头部21；可替换芯3同轴可拆卸设置于搅拌针2的头部21，并凸出于头部21的端面，可替换芯3的凸出部为芯头31，搅拌针2能够带动可替换芯3同步旋转运动。本实用新型通过设置可替换芯3，能够在过度磨损后快速更换，降低材料成本，降低加工成本，且机械结构简单，使用维护简单方便，可靠性强，无需增加额外工艺步骤，实用性强。
41.具体地，可替换芯3包括固定连接于芯头31根部的芯杆32，芯杆32设置有外螺纹321；搅拌针2同轴地开设有安装孔，安装孔的内径与芯杆的外径相等，且安装孔设置有与芯杆的外螺纹相适配的内螺纹，芯杆32能够插入安装孔内，并与安装孔螺纹紧固连接，以将可替换芯3可拆卸安装于搅拌针2。通过设置螺纹可拆卸连接，能够保证连接紧密，还能阻止焊接过程中塑性材料进入到可替换芯3与搅拌针2之间，保证可替换芯3的正常工作及能够正常拆卸，保证设备的正常运行，降低维修成本，实用性强。
42.具体地，芯头31的根部外径大于芯杆32的外径，或芯头31的根部外径等于搅拌针2的头部21的端面外径。通过设置根部外径大于芯杆32外径或等于头部21端面外径的芯头31，能够保证可替换芯3安装精度，保证焊接效果，还能阻止焊接过程中塑性材料进入到可替换芯3与搅拌针2之间，保证设备的正常运行，降低维修成本，实用性强。
43.具体地，芯杆32装入安装孔的旋紧方向与搅拌针2使用时的旋转方向相同。通过设置与搅拌针2旋转方向相同的芯杆32的旋紧方向，能够避免可替换芯3在旋转过程与搅拌针2的连接松动，避免损坏可替换芯3，保证焊接过程的正常进行，实用性强。
44.具体地，可替换芯3包括具有不同芯头31形状的多种型号。通过设置具有不同芯头31形状的多种型号的可替换芯3，能够适配不同焊缝形式的焊接工作，增强适应性，优化焊接效果，提高焊接质量，实用性强。
45.在一个具体实施例中，芯头31形状包括膨大的、带有螺纹的或带有齿牙结构的形状。
46.具体地，适用于不同厚度板材焊接的搅拌头100的焊接深度为搅拌针2的头部21的长度与可替换芯3的芯头31的长度之和，且可替换芯3包括具有不同芯头31长度的多种型号。通过设置具有不同芯头31长度的可替换芯3，能够扩大适用范围，适应不同的焊缝深度，增强使用功能，降低设备成本，降低生产成本，实用性强。
47.在一个具体实施例中，芯头31长度为3mm或8mm；搅拌针2的头部21的长度为2mm。
48.具体地，轴肩1和搅拌针2采用镍基合金或者钴基合金材料制成，可替换芯3采用工具钢材料制成。通过设置耐磨性较高的材料制成的轴肩1和搅拌针2及成本低的材料制成的可替换芯3，能够延长受磨损较少的轴肩1和搅拌针2的使用寿命，从而降低制造成本，而受磨损较多的可替换芯3虽然使用寿命短，但是其制造成本低，所以实质上降低了整体的使用
成本，实用性强。
49.具体地，搅拌针2的头部21设置有搅拌螺纹。通过设置搅拌螺纹，能够提高焊接时的摩擦发热效率，还能充分搅拌塑性材料，使之更加均匀，提高焊接效率，降低加工成本，优化焊接效果，提高产品质量，实用性强。
50.具体地，搅拌针2包括固定连接于头部21的杆部22；轴肩1同轴地开设有让位孔，且让位孔的内径与杆部22的外径相等，搅拌针2的杆部22穿设于轴肩1内，搅拌针2能够相对于轴肩1绕自身轴线旋转运动。通过设置可相对于轴肩1旋转运动的搅拌针2，能够实现适用于不同厚度板材焊接的搅拌头100的静轴肩形式，产生的热输入量小，适用于热传导率较小的材料，且能够通过静轴肩抹平焊缝，使焊缝平整光滑，实用性强。
51.具体地，轴肩1与搅拌针2固定连接，轴肩1能够带动搅拌针2同步旋转运动。通过设置相互固定连接的轴肩1和搅拌针2，能够实现适用于不同厚度板材焊接的搅拌头100的动轴肩形式，结构简单，可靠性强，制造成本低。
52.本实用新型的适用于不同厚度板材焊接的搅拌头100在使用时：首先根据不同的待焊接工件的焊缝形式及焊深选取合适的可替换芯3，并安装于搅拌针2内；然后，驱动搅拌针2以与可替换芯3旋入搅拌针2方向相同的方向旋转，并进行焊接；最后，根据可替换芯3的磨损程度及时更换可替换芯3。
53.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
54.以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。