一種攪拌摩擦頭水冷裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種攪拌摩擦頭水冷裝置及方法，該水冷裝置包括中空的套筒，一端延伸至套筒內并與套筒固定連接的攪拌摩擦頭，延伸至套筒中并與攪拌摩擦頭螺接的輸送管，與輸送管連通的自由水管，以及環繞在攪拌摩擦頭周圍的U型收集器；攪拌摩擦頭具有沿其長度方向延伸的中心孔和一端與中心孔連通，一端延伸至攪拌摩擦頭外壁的多個冷卻水道。本發明專利技術可對攪拌摩擦頭直接進行冷卻；旋轉的攪拌摩擦頭會使冷卻水產生離心運動，使冷卻水順著冷卻水道被甩出攪拌摩擦頭本體之外，進入收集槽中，通過出水口流出；該冷卻裝置結構簡單、實用性強、容易實現且裝配方便，具有重要的現實應用意義。

【技術實現步驟摘要】
一種攪拌摩擦頭水冷裝置及方法
本專利技術涉及攪拌摩擦焊的焊具及其使用技術，特別是涉及一種攪拌摩擦頭水冷裝置及方法。
技術介紹
自英國焊接研究所(TWI)于1991年專利技術了攪拌摩擦焊接方法以來，這項技術因其焊接變形小、殘余應力小，無需保護氣體和填充材料，可消除氣孔、夾雜、裂紋等焊接缺陷，不產生弧光、煙塵、噪音污染等，同時能顯著降低成本、節省材料、優化結構、減輕飛行器的結構重量等特點受到各國科研機構的關注。由于這項技術具有很多其他方法所不具備的顯著特點，它很快就被用于航天領域，新一代運載火箭芯級貯箱筒段縱縫的焊接就是選用這種方法。盡管利用攪拌摩擦焊接方法可以獲得高質量的焊接接頭，但仍然存在很多難點，如攪拌頭在高溫下容易磨損，影響其使用壽命。因此如何降低攪拌頭的工作溫度成了重要的工作。現有技術一設計了專門的攪拌頭和工件冷卻器，攪拌頭冷卻器安裝在被焊接工件保護器上端，攪拌頭安裝在攪拌頭冷卻器和被焊接工件保護器之中，冷卻介質用于間接冷卻攪拌摩擦頭，且所述冷卻器結構復雜；現有技術二同樣通過冷卻介質間接冷卻攪拌摩擦頭，所設計的冷卻水系統結構復雜，但顯然這個方法所需要的冷卻裝置較大且適用性不強；現有技術三通過固定設置在主軸頭機箱的下方冷卻盤來冷卻主軸頭的桿部，但需要多種進油管路、出油管路，需要設計蓄能器和平衡閥，實際上還是一種間接冷卻方法。
技術實現思路
專利技術目的：為解決現有技術的不足，提供一種結構簡單，操作方便，實用性強，能有效降低攪拌摩擦頭溫度，且可間接控制焊接溫度場的攪拌摩擦頭冷卻裝置和方法。技術方案：提供一種攪拌摩擦頭水冷裝置，包括：套筒，該套筒上下兩端均開口；攪拌摩擦頭，該攪拌摩擦頭的下端設有攪拌針，上段部位于所述套筒內，并與套筒固定連接；所述攪拌摩擦頭上段的豎直軸向設有一中心孔，中心孔止于所述攪拌針的上端；在所述攪拌摩擦頭下段側壁設有多個冷卻水道，所述多個冷卻水道與中心孔連通；輸送管，所述輸送管下端與攪拌摩擦頭上端固定連接，且輸送管與所述攪拌摩擦頭的中心孔連通；所述輸送管上段通過直線軸承與套筒連接，所述直線軸承下端與所述攪拌摩擦頭上端設有間隙；自由水管，設于所述輸送管的上方，與輸送管連通；U型收集器，所述攪拌摩擦頭下端被該U型收集器包圍，U型收集器的開口方向朝向所述多個冷卻水道，U型收集器的底部邊緣設有出水口。優選的，所述冷卻水道沿攪拌摩擦頭徑向水平設置，或向下傾斜設置；所述冷卻水道沿攪拌摩擦頭軸向設置多組，沿周向均勻排布，最下面一組與中心孔的底部連通；這樣更有利于冷卻水排出。優選的，所述輸送管下端與攪拌摩擦頭上端通過螺紋連接，且輸送管底部接觸面設有高溫密封墊，防止冷卻水從螺紋連接處溢出影響焊接環境和焊具的使用壽命；所述攪拌摩擦頭與套筒通過螺釘固定連接或是通過螺紋連接，方便安裝和拆卸，同時又能保證攪拌摩擦頭與套筒的穩定連接。優選的，所述攪拌摩擦頭上端側壁設有凸臺或凸塊，用于限制攪拌摩擦頭放入套筒的位置；所述多個冷卻水道的出口低于所述凸臺或凸塊，以便于冷卻水被順利地甩出。優選的，所述自由水管的口徑小于所述輸送管的口徑，方便水流由自由水管流入輸送管內。優選的，所述多個冷卻水道的直徑范圍為3～4mm，方便冷卻水流出，同時又能保證對攪拌摩擦頭的冷卻時間。一種基于所述攪拌摩擦頭水冷裝置的水冷方法，包括以下步驟：(a)預熱階段：關閉冷卻水，啟動焊機主電機，使攪拌摩擦頭旋轉，對攪拌摩擦頭進行預熱；(b)冷卻階段：(i)焊接開始，打開冷卻水，使冷卻水經輸送管流入攪拌摩擦頭的中心孔，對攪拌摩擦頭的上部進行冷卻；(ii)冷卻水自然流入冷卻水道，并進一步對攪拌摩擦頭的上部冷卻；(iii)冷卻水在旋轉的攪拌摩擦頭的作用下產生離心運動，順著冷卻水道甩出攪拌摩擦頭的本體，進入U形收集器，并由出水口流出；(c)停止階段：停止焊接時，當攪拌摩擦頭開始提升并離開工件時，關閉冷卻水；當出水口不再流出冷卻水后，關閉主電機。在進一步的實施例中，提供一種攪拌摩擦頭水冷裝置，包括中空的套筒，一端延伸至套筒內并與套筒固定連接的攪拌摩擦頭，延伸至套筒中并與攪拌摩擦頭螺接的輸送管，與輸送管連通的自由水管，以及環繞在攪拌摩擦頭周圍的U型收集器；攪拌摩擦頭具有沿其長度方向延伸的中心孔和一端與中心孔連通，一端延伸至攪拌摩擦頭外壁的多個冷卻水道；所述U型收集器可覆蓋冷卻水道的出水口；所述輸送管與攪拌摩擦頭之間設置有高溫密封圈；所述輸送管上套接有直線軸承；輸送管與中心孔連通。優選的，所述冷卻水道沿攪拌摩擦頭中心軸的周向均勻分布且沿攪拌摩擦頭徑向水平或傾斜向下延伸至攪拌摩擦頭的外壁。優選的，所述攪拌摩擦頭的旋向與輸送管旋入攪拌摩擦頭的旋向相反。有益效果：通過對攪拌摩擦頭的非焊接部位進行冷卻，不僅降低了攪拌摩擦頭的溫度，也降低了套筒、攪拌摩擦焊接機機頭的溫度，改善了設備運行環境，提高焊接質量的同時，延長設備使用壽命；排出的冷卻水進入U形收集器，通過出水口排出，不會對周圍環境產生影響；同時通過在攪拌摩擦頭上端設置中心孔，下端設置冷卻水道，不需要專門的密封裝置或循環水裝置，減少了制作成本，降低了操作難度，該裝置結構簡單、實用性強；另外裝置的焊具部件較少、成本低廉、容易實現且裝配方便，冷卻方法簡單，冷卻效果好；便于大規模推廣和應用。附圖說明圖1是本專利技術裝置縱剖面結構示意圖。圖2是本專利技術裝置的冷卻水道示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式進行詳細說明。如圖1和2所示，一種攪拌摩擦頭水冷裝置，包括自由水管1，輸送管2，套筒3，U形收集器6和攪拌摩擦頭8。如圖1所示，箭頭方向為冷卻水的水流方向，套筒上下兩端均開口，套筒的下端側壁設有多個螺紋通孔；攪拌摩擦頭下端設有攪拌針，攪拌摩擦頭的上端側壁設有凸臺83，上端豎直軸設有內螺紋中心孔84，內螺紋中心孔下端設有與螺紋孔連通的中心孔82，中心孔止于攪拌針的上端，在凸臺的下方側壁設有上下兩組冷卻水道81，冷卻水道與中心孔連通；攪拌摩擦頭的上端從套筒的下端放入套筒內，利用凸臺限制攪拌摩擦頭的軸向運動，固定螺釘5從螺紋通孔旋進，從徑向頂緊攪拌摩擦頭，使之不能相對套筒旋轉，其中，固定螺釘的螺桿長度大于螺紋通孔的長度；攪拌摩擦頭下端周圍設有U形收集器，U形收集器的開口方向朝向攪拌摩擦頭的冷卻水道，U形收集器的底部邊緣設有出水口7；輸送管的下端設有與攪拌摩擦頭上端內螺紋匹配的外螺紋，輸送管下端與攪拌摩擦頭接觸面設有高溫密封圈4，輸送管通過直線軸承9與套筒連接，直線軸承可以使輸送管沿軸向運動和旋轉；輸送管的上端設有自由水管1，自由水管的口徑小于輸送管的口徑。如圖2所示，中心孔的孔徑小于內螺紋中心孔的孔徑；冷卻水道的直徑范圍為3～4mm，每組有4個冷卻水道，冷卻水道之間相差90°布置，且冷卻水道的水平中心軸線與中心孔的豎直中心軸線相交，使得冷卻水經由中心孔進入冷卻水道后，僅僅憑其自身重力，也能流出冷卻水道。而且，攪拌摩擦頭旋轉方向與輸送管旋入攪拌摩擦頭的旋向相反，以防止焊接過程中輸送管松脫導致的漏水現象；攪拌摩擦頭上端側壁的凸臺可以改為多個凸塊，這樣可以減輕攪拌摩擦頭的重量；冷卻水道向下傾斜設置，這樣更加方便冷卻水流出。另外，攪拌摩擦頭上端外側壁設有外螺紋，套筒下端內側壁設有與之匹配的內螺紋，在焊接之前，將攪拌摩擦頭上端旋進套筒中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種攪拌摩擦頭水冷裝置，其特征在于，包括：套筒，該套筒上下兩端均開口；攪拌摩擦頭，該攪拌摩擦頭的下端設有攪拌針，上段位于所述套筒內，并與套筒固定連接；所述攪拌摩擦頭上段的豎直軸向設有一中心孔，該中心孔止于所述攪拌針的上端；在所述攪拌摩擦頭下段側壁設有多個冷卻水道，所述多個冷卻水道與中心孔連通；輸送管，所述輸送管下端與攪拌摩擦頭上端固定連接，且輸送管與所述攪拌摩擦頭的中心孔連通；所述輸送管上段通過直線軸承與套筒連接，所述直線軸承下端與所述攪拌摩擦頭上端設有間隙；自由水管，設于所述輸送管的上方，與輸送管連通；U型收集器，所述攪拌摩擦頭下端被該U型收集器包圍，U型收集器的開口方向朝向所述多個冷卻水道，U型收集器的底部邊緣設有出水口。

【技術特征摘要】
1.一種攪拌摩擦頭水冷裝置，其特征在于，包括：套筒，該套筒上下兩端均開口；攪拌摩擦頭，該攪拌摩擦頭的下端設有攪拌針，上段位于所述套筒內，并與套筒固定連接；所述攪拌摩擦頭上段的豎直軸向設有一中心孔，該中心孔止于所述攪拌針的上端；在所述攪拌摩擦頭下段側壁設有多個冷卻水道，所述多個冷卻水道與中心孔連通；輸送管，所述輸送管下端與攪拌摩擦頭上端固定連接，且輸送管與所述攪拌摩擦頭的中心孔連通；所述輸送管上段通過直線軸承與套筒連接，所述直線軸承下端與所述攪拌摩擦頭上端設有間隙；自由水管，設于所述輸送管的上方，與輸送管連通；U型收集器，所述攪拌摩擦頭下端被該U型收集器包圍，U型收集器的開口方向朝向所述多個冷卻水道，U型收集器的底部邊緣設有出水口。2.根據權利要求1所述的一種攪拌摩擦頭水冷裝置，其特征在于，所述冷卻水道沿攪拌摩擦頭徑向水平設置，或向下傾斜設置；所述冷卻水道沿攪拌摩擦頭軸向設置多組，沿周向均勻排布，最下面一組與中心孔的底部連通。3.根據權利要求1所述的一種攪拌摩擦頭水冷裝置，其特征在于，所述輸送管下端與攪拌摩擦頭上端通過螺紋連接，且輸送管底部接觸面設有高溫密封墊。4.根據權利要求1所述的一種攪拌摩擦頭水冷裝置，其特征在于，所述攪拌摩擦頭上段與套筒通過螺釘固定連接或是通過螺紋連接。5.根據權利要求1所述的一種攪拌摩擦頭水冷裝置，其特征在于，所述攪拌摩擦頭側壁設有凸臺或凸塊，所述多個冷卻水道的出口低于所述凸臺或凸塊。6.根據權利要求1所述的一種攪拌摩擦頭水冷裝置，其特征在于，所述自由水管的口徑小于所述輸送管的口徑...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳書錦，汪棣，李瑞峰，石明霄，胥國祥，
申請(專利權)人：江蘇科技大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32