CN100569429C - 双螺旋环行搅拌摩擦无匙孔点焊方法及装置 - Google Patents
双螺旋环行搅拌摩擦无匙孔点焊方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种双螺旋环行搅拌摩擦无匙孔点焊方法及装置，该装置的固定架安装在机床的垂直升降导轨上，高速驱动电机、低速驱动电机、主驱动传动机构及行星轮系均安装在固定架上，高速驱动电机与主驱动传动机构相连接，主驱动传动机构与行量轮系连接，安装在固定架上的低速驱动伺服电机与偏心轮的中心轴相连接，在偏心轮上装有搅拌轴，搅拌轴通过一个伸缩机构与伸缩驱动伺服电机相连接，搅拌轴的下部装有夹具头，搅拌轴底端装有搅拌摩擦工具头，搅拌摩擦工具头的中心装有可伸缩的摩擦搅拌针，行星轮系轴与偏心轮相连接，使用该装置进行点焊焊接区面积比较大；焊接质量好，焊点的表面没有匙孔缺陷；焊点的剪切强度和抗拉强度较高。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种双螺旋环行搅拌摩擦无匙孔点焊方法及装置。
背景技术
现有的摩擦点焊：参见附图1，该方法是利用圆端面带轴肩的焊接工具，旋转插入被焊件，由于摩擦生热使被焊材料软化，从而实现摩擦焊接；焊接工具轴肩上的顶针长度小于被焊材料的厚度；轴肩的直径为顶针的直径的1.5～4.5倍。这种点焊方法已经用于焊接低熔点低硬度的薄板材料。
其不足之处是：焊接点面积小，剪切强度不高，抗拉强度很低，焊接后点焊区表面中心处会留有匙孔，由于没有搅拌的作用，焊点部分的材料没有充分的混合。
另一种摩擦焊是可伸缩搅拌头搅拌摩擦焊：参见附图2，该方法是利用特殊形状和功能的搅拌头作为焊接工具，旋转插入被焊件，并沿焊缝前进而实现缝焊。该搅拌头由轴肩和轴肩上的可伸缩搅拌针构成。在焊接过程中，搅拌针从轴肩中伸出一定的长度；在焊接过程的末尾阶段，搅拌针完全缩到轴肩内部，使得搅拌头的圆端面为一光滑平面或曲面。该焊接方法用于焊接低熔点低硬度的薄板材料的各种接头。其不足之处是：只能进行缝焊，不能进行点焊。
发明内容
针对现有技术中摩擦点焊焊接没有搅拌作用，焊接后表面留有匙孔及摩擦点焊剪切强度和抗拉强度很低的缺点；本发明提供一种双螺旋环行搅拌摩擦无匙孔点焊方法及装置。
本发明的焊接装置包括机床垂直导轨、低速驱动伺服电机、偏心轮、伸缩驱动伺服电机、伸缩机构、固定架、高速驱动电机、主驱动传动机构、行星轮系、搅拌轴、夹具头、搅拌摩擦工具、被焊件、工作台等部件。
该装置的固定架安装在机床的垂直升降导轨上，通过在机床垂直导轨上的直线运动，实现搅拌摩擦工具的垂直方向运动。
固定架为结构的安装基体和其它部件的运动基准。
高速驱动电机、低速驱动电机、主驱动传动机构及行星轮系均安装在固定架上。
高速驱动电机与主驱动传动机构相连接，主驱动传动机构与行星轮系连接，主驱动传动机构可采用带传动或齿轮传动，安装在固定架上的低速驱动伺服电机与偏心轮的中心轴相连接，在偏心轮上装有搅拌轴，搅拌轴通过一个伸缩机构与伸缩驱动伺服电机相连接，伸缩机构采用螺纹升降，搅拌轴的下部装有夹具头，搅拌轴的底端装有搅拌摩擦工具头，搅拌摩擦工具头的中心装有可伸缩的摩擦搅拌针，行星轮系轴与偏心轮相连接，要求偏心轮中心轴线与搅拌轴线及行星轮系轴线共面，偏心轮所开的2个轴孔在径向上。
高速驱动电机、低速驱动电机与可伸缩的驱动电机分别与装置的电控系统相连接。
高速驱动电机、行星轮系、搅拌轴、搅拌摩擦工具为装置的主传动；实现双螺旋运动的搅拌运动。
低速驱动伺服电机和偏心轮控制搅拌摩擦工具的环行运动。
伸缩驱动伺服电机和伸缩机构，控制搅拌摩擦工具中心的搅拌针的位置，实现搅拌针的伸缩。
工作台的升降机构用于固定被焊接件。
使用本发明进行焊接的方法：
采用上述的双螺旋环行搅拌摩擦无匙孔焊接装置进行点焊分如下三个步骤：
(1)：高速驱动电机通过传动系统驱动搅拌摩擦工具头，旋转插入被焊工件内，并一直保持旋转和搅拌摩擦，直至焊接结束。搅拌摩擦工具的转速为300～40000转/分，搅拌摩擦工具插入被焊工件内的插入量为0.01～2毫米。
(2)：搅拌摩擦工具头在被焊工件的表面平面内，以一垂直于该平面的直线为轴线绕行。搅拌摩擦工具的环行线速度为0.1～1500毫米/秒，
(3)：焊接结尾时，可伸缩的搅拌头缓慢缩回到搅拌摩擦工具头内部，搅拌头环行焊接成型为一个完整的无匙孔的点焊焊接点。焊接结束。
本发明的优点：焊点的焊接区面积比较大；焊点的焊接过程中，焊点部分的材料被充分地均匀搅拌，同时环行运动使得被焊材料的预热较好；焊点的焊接质量好，焊点的表面没有匙孔缺陷；焊点的剪切强度和抗拉强度较高。
附图说明
图1为现有技术中摩擦点焊过程的示意图；
图2为现有技术搅拌摩擦缝焊示意图；
图3为本发明装置结构示意图；
图中：1机床垂直导轨，2低速驱动伺服电机，3偏心轮，4伸缩驱动伺服电机，5伸缩机构，6固定架，7高速驱动电机，8主驱动传动机构，9行星轮系，10搅拌轴，11夹具头，12搅拌摩擦工具头，13被焊件，14工作台，15机床工作台升降机构。
具体实施方式
本发明的双螺旋环行搅拌摩擦无匙孔点焊装置如图3所示，该装置包括机床垂直导轨1、低速驱动伺服电机2、偏心轮3、伸缩驱动伺服电机4、伸缩机构5、固定架6、高速驱动电机7、主驱动传动机构8、行星轮系9、搅拌轴10、夹具头11、搅拌摩擦工具头12。固定架6安装在机床的垂直升降导轨1上，高速驱动电机7、低速驱动伺服电机2、主驱动传动机构8及行星轮系9均安装在固定架6上。高速驱动电机7与主驱动传动机构8相连，主驱动传动机构8与行星轮系9相连，低速驱动伺服电机2与偏心轮3的中心轴相连，在偏心轮3上装有搅拌轴10，搅拌轴10通过伸缩机构与伸缩驱动伺服电机4相连接，伸缩机构5采用螺纹升降，搅拌轴10的下部装有夹具头11，搅拌轴10的底端装有搅拌摩擦工具头12。
使用本发明的装置进行焊接：
例1高速驱动电机7通过主驱动传动系统8驱动搅拌摩擦工具头12，旋转插入被焊工件13内，并一直保持旋转和搅拌摩擦，所用搅拌摩擦工具轴肩直径为15mm，搅拌摩擦工具转速1500r/min，搅拌摩擦工具轴肩压入被焊材料的压入量为0.2mm，搅拌针的伸缩速度为0.05m/s。搅拌摩擦工具头在被焊工件的表面平面内，以一垂直于该平面的直线为轴线绕行。环行半径为7.5mm，环行角速度为1r/min。焊接的后阶段，可伸缩的搅拌头缓慢缩回到搅拌摩擦工具头内部，搅拌头环行焊接成型为一个完整的无匙孔的点焊焊接点，焊接结束。
例2焊接操作过程与例1相同，工艺参数为：
搅拌摩擦工具轴肩直径为25mm，搅拌摩擦工具转速5000r/min，搅拌摩擦工具轴肩压入被焊材料的压入量为0.15mm，搅拌伸的伸缩速度为0.01m/s，环行半径为10mm，环行角速度为3r/min。
Claims (5)
1、一种双螺旋环行搅拌摩擦无匙孔点焊装置，其特征在于包括机床垂直导轨、低速驱动伺服电机、偏心轮、伸缩驱动伺服电机、伸缩机构、固定架、高速驱动电机、主驱动传动机构、行星轮系、搅拌轴、夹具头、搅拌摩擦工具，固定架安装在机床的垂直升降导轨上，高速驱动电机、低速驱动电机、主驱动传动机构及行星轮系均安装在固定架上，高速驱动电机与主驱动传动机构相连接，主驱动传动机构与行量轮系连接，安装在固定架上的低速驱动伺服电机与偏心轮的中心轴相连接，在偏心轮上装有搅拌轴，搅拌轴通过一个伸缩机构与伸缩驱动伺服电机相连接，搅拌轴的下部装有夹具头，搅拌轴底端装有搅拌摩擦工具头，搅拌摩擦工具头的中心装有可伸缩的摩擦搅拌针，行星轮系轴与偏心轮相连接。
2、如权利要求1所述的双螺旋环行搅拌摩擦无匙孔点焊装置，其特征在于所述主驱动传动机构采用带传动或齿轮传动。
3、如权利要求1所述的双螺旋环行搅拌摩擦无匙孔点焊装置，其特征在于所述伸缩机构采用螺纹升降。
4、如权利要求1所述的双螺旋环行搅拌摩擦无匙孔点焊装置，其特征在于所述行星轮系轴与偏心轮相连接，要求偏心轮中心轴线与搅拌轴线及行星轮系轴线共面，偏心轮所开2个轴孔在径向上。
5、采用权利要求1所述的双螺旋环行搅拌摩擦无匙孔点焊装置进行点焊的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)高速驱动电机通过传动系统驱动搅拌摩擦工具头，旋转插入被焊工件内，并一直保持旋转和搅拌摩擦，直至焊接结束，搅拌摩擦工具的转速为300～40000转/分，搅拌摩擦工具插入被焊工件内的插入量为0.01～2毫米；
(2)搅拌摩擦工具头在被焊工件的表面平面内，以一垂直于该平面的直线为轴线绕行，搅拌摩擦工具的环行线速度为0.1～1500毫米/秒；
(3)焊接结尾时，可伸缩的搅拌头缓慢缩回到搅拌摩擦工具头内部，搅拌头环行焊接成型为一个完整的无匙孔的点焊焊接点，焊接结束。
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