CN102303184A - 载流线性摩擦焊接装置 - Google Patents

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罗键
王小明
王颖
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Abstract

本发明涉及线性摩擦焊技术领域，具体涉及一种线性摩擦焊接装置，具体公开了一种结构简单、能耗小、效率高、焊接成本低的载流线性摩擦焊接设备，包括控制系统、顶锻端系统和振动端系统，所述顶锻端系统包括顶锻端夹具，所述振动端系统包括振动端夹具，所述顶锻端夹具与振动端夹具相对设置，还包括辅助电源，所述辅助电源的两极分别与顶锻端夹具与振动端夹具电连接；本发明的载流线性摩擦焊接装置，焊接时在试件上加载电流，从而使试件接触端面产生电阻热，可降低对摩擦热的要求，从而降低振动组件的复杂度和能耗，振动组件使用一直线电机即可实现，并可提高焊接效率。

Description

载流线性摩擦焊接装置
技术领域
本发明涉及线性摩擦焊技术领域，具体涉及一种线性摩擦焊接装置。
背景技术
线性摩擦焊接的原理是：一个试件高频往复振动，另一试件在一定负载力作用下和振动试件接触，从而产生摩擦热，界面温度快速升高，形成飞边被挤出；当界面温度升高到一定程度时，振动试件快速停止振动，同时施加一定的顶锻压力并保持一定时间，界面金属通过相互扩散与再结晶焊接在一起，从而完成整个焊接过程。
此外，线性摩擦焊接技术具有以下一些特点：
(1)不仅能焊接圆截面的试件，而且能焊非圆截面的试件。
(2)固态焊接，可以形成可再生、高质量的焊缝。
(3)不需要填充焊丝和保护气体。
(4)焊接过程不会产生烟尘和飞溅的现象。
(5)焊接接头的晶粒组织很细，其静态、动态力学性能超过母材。
近年来，线性摩擦焊接技术在航空发动机的应用方面取得了令人瞩目的成就。美国焊接学会已将线性摩擦焊接技术列为一项关键技术进行研究和推广。目前，英国焊接研究所(TWI)正与欧洲多家组织合作，预计用七年半的时间研究开发出适应性更强、成本更低的线性摩擦焊技术。目前国内主要有西北工业大学和北京航空工程研究所进行了这方面的研究工作。国内在这方面的研究还比较少。因此，对线性摩擦焊接技术的研究、改进、推广具有重要意义。
目前的线性摩擦焊接设备原理框图参见图1.它包括振动组件21、控制系统22、顶锻液压系统23、顶锻床身24、顶锻滑台25、顶锻端夹具26、振动端夹具29、振动滑台30和振动导轨31。振动组件21与振动滑台30相连，振动滑台30安装在振动导轨31上，振动端夹具29固定在振动滑台30上，振动端夹具29夹持有振动端试件28；顶锻液压系统23与顶锻滑台25通过活塞杆相连，顶锻滑台25安装在顶锻床身24上，顶锻端夹具26固定在顶锻滑台25上，顶锻端夹具26上夹持有顶锻端试件27。控制系统22控制顶锻系统23和振动组件21的工作状态。传统线性摩擦焊接设备的振动组件大概可以分为四种：机械式、电磁式、液压式和气压式。工作时，由振动组件提供动力驱使振动滑台带动振动端试件高频往复振动，顶锻端试件在顶锻液压系统作用下和振动试件接触，从而产生摩擦热，界面温度快速升高，形成飞边被挤出；当界面温度升高到一定程度时，振动试件快速停止振动，同时施加一定的顶锻压力并保持一定时间，界面金属通过相互扩散与再结晶焊接在一起，从而完成整个焊接过程。
传统线性摩擦焊接设备的缺点是：第一，实现试件振动的振动组件部分机构复杂，当前的焊接设备中，焊接所需的热量全部从高频振动摩擦产生，为满足线性摩擦焊接中的高频负载振动，振动组件的机构需要设计的比较复杂，例如液压式线性摩擦焊接设备，为了满足上述需要，要求伺服阀同时具有高频响、大流量的特点，频响和流量是一对矛盾的指标，而且需要设计一套庞大的液压系统；第二，能耗大，效率低，由于传统焊接设备的振动组件部分比较庞大和复杂，因此在工作时，高频振动产生的加速度非常大，而振动组件的质量又很大，所以产生的惯性力很大，线性摩擦焊接设备的功率高达几百千瓦，而焊接接头处消耗的功率仅占1/20～1/30，大部分功率用于克服振动组件产生的惯性力，导致效率低，成本高。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明公开了一种结构简单、能耗小、效率高、焊接成本低的载流线性摩擦焊接设备。
本发明的目的是这样实现的：载流线性摩擦焊接装置，包括控制系统、顶锻端系统和振动端系统，所述顶锻端系统包括顶锻端夹具，所述振动端系统包括振动端夹具，所述顶锻端夹具与振动端夹具相对设置，还包括辅助电源，所述辅助电源的两极分别与顶锻端夹具与振动端夹具电连接。
进一步，所述辅助电源的控制输入端与控制系统的控制输出端电连接，控制系统在运行时控制辅助电源开关接通。
进一步，所述顶锻端系统还包括顶锻液压系统、顶锻滑台和顶锻床身，所述顶锻滑台滑动配合于顶锻床身上，顶锻液压系统的活塞杆与顶锻滑台连接，用以带动顶锻滑台在顶锻床身上滑动，顶锻端夹具设置在顶锻滑台上，所述顶锻液压系统的控制端与控制系统的控制输出端电连接。
进一步，所述振动端系统还包括包括振动导轨、振动滑台和直线电机，所述振动导轨与顶锻端夹具相对设置并与顶锻床身垂直，振动滑台与振动导轨可滑动连接，直线电机的输出轴与振动滑台连接，用以带动振动滑台在振动导轨上往复运动，所述直线电机的控制端与控制系统的控制输出端电连接。
进一步，辅助电源输出的电流使摩擦焊接面电流密度为6-800A/mm2。
本发明的有益效果如下：本发明的载流线性摩擦焊接装置，焊接时在试件上加载电流，从而使试件接触端面产生电阻热，可降低对摩擦热的要求，从而降低振动组件的复杂度和能耗，振动组件使用一直线电机即可实现，并可提高焊接效率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述：
图1示出了现有技术中线性摩擦焊接设备结构示意图；
图2示出了本发明载流线性摩擦焊接装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
参见图1，本实施例的载流线性摩擦焊接装置，包括控制系统2、顶锻端系统和振动端系统。
所述顶锻端系统包括顶锻端夹具8、顶锻液压系统5、顶锻滑台7和顶锻床身6，所述顶锻滑台7滑动配合于顶锻床身6上，顶锻液压系统5的活塞杆与顶锻滑台7连接，用以带动顶锻滑台7在顶锻床身6上滑动，顶锻端夹具8设置在顶锻滑台7上，所述顶锻液压系统5的控制端与控制系统2的控制输出端电连接。
所述振动端系统还包括振动端夹具11、振动导轨1、振动滑台12和直线电机2，所述振动导轨1与顶锻端夹具8相对设置并与顶锻床身6垂直，振动滑台12与振动导轨1可滑动连接，直线电机2的输出轴与振动滑台12连接，用以带动振动滑台12在振动导轨1上往复运动，所述直线电机2的控制端与控制系统2的控制输出端电连接。
所述顶锻端夹具8与振动端夹具11相对设置，还包括辅助电源3，所述辅助电源3中包括一变压装置，所述变压装置的两端分别与顶锻端夹具8与振动端夹具11电连接，而顶锻端夹具8与振动端夹具11需为导体，以使顶锻端夹具8、顶锻端试件9、振动端试件10、振动端夹具11与辅助电源3形成回路。
所述辅助电源3的控制输入端与控制系统2的控制输出端电连接，控制系统2在运行时控制辅助电源3开关接通。
焊接时，振动端试件10在直线电机2的驱动下开始低频、低幅振动，顶锻端试件9在顶锻液压系统5的作用下与振动端试件10紧密接触，同时控制系统2将辅助电源3开关接通，辅助电源3中的变压装置产生低压大电流，在试件接触端面产生电阻热，当试件接触端面(即摩擦焊接面)电流密度为6-800A/mm2，焊接效果较佳；随后振动端试件10的频率和振幅加大，在摩擦热和电阻热的共同作用下，试件接触界面被加热，金属界面软化、发生塑性流动，形成飞边，当界面金属被加热到可实现焊接的程度时，控制系统2将辅助电源3的开关断开，同时直线电机2停止，顶锻液压系统5施加一定的顶锻力并保持一定时间，界面金属通过相互扩散与再结晶焊接在一起，从而完成整个焊接过程。
以上所述仅为本发明的优选并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.载流线性摩擦焊接装置，包括控制系统(2)、顶锻端系统和振动端系统，所述顶锻端系统包括顶锻端夹具(8)，所述振动端系统包括振动端夹具(11)，所述顶锻端夹具(8)与振动端夹具(11)相对设置，其特征在于：还包括辅助电源(3)，所述辅助电源的两极分别与顶锻端夹具(8)与振动端夹具(11)电连接。
2.如权利要求1所述的载流线性摩擦焊接装置，其特征在于：所述辅助电源(3)的控制输入端与控制系统(2)的控制输出端电连接，控制系统(2)在运行时控制辅助电源(3)开关接通。
3.如权利要求1或2所述的载流线性摩擦焊接装置，其特征在于：所述顶锻端系统还包括顶锻液压系统(5)、顶锻滑台(7)和顶锻床身(6)，所述顶锻滑台(7)滑动配合于顶锻床身(6)上，顶锻液压系统(5)的活塞杆与顶锻滑台(7)连接，用以带动顶锻滑台(7)在顶锻床身(6)上滑动，顶锻端夹具(8)设置在顶锻滑台(7)上，所述顶锻液压系统(5)的控制端与控制系统(2)的控制输出端电连接。
4.如权利要求3所述的载流线性摩擦焊接装置，其特征在于：所述振动端系统还包括包括振动导轨(1)、振动滑台(12)和直线电机(2)，所述振动导轨(1)与顶锻端夹具(8)相对设置并与顶锻床身(6)垂直，振动滑台(12)与振动导轨(1)可滑动连接，直线电机(2)的输出轴与振动滑台(12)连接，用以带动振动滑台(12)在振动导轨(1)上往复运动，所述直线电机(2)的控制端与控制系统(2)的控制输出端电连接。
5.如权利要求1至4中任一项所述的载流线性摩擦焊接装置，其特征在于：辅助电源输出的电流使摩擦焊接面电流密度为6-800A/mm2。
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