CN102601517A - 一种同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置及使用方法，其中将上轴肩及下轴肩分别通过不同的驱动装置驱动，可增加焊接过程转速或轴向压力控制手段，由于上、下轴肩旋转速度不同，可改变上、下轴肩对工件摩擦产热量，避免焊缝金属过热而产生晶粒粗大的缺陷，提高焊接质量和效率，方法简单可靠。

Description

一种同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置及使用方法

技术领域

本发明涉及金属材料的焊接设备，特别是一种同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置及使用方法。

背景技术

当前已知的双轴肩搅拌摩擦焊接装置有两个大的类型：一类是利用搅拌针连接上下轴肩，且上下轴同步旋转，轴向力具有“自支撑”的优点，适用于中空型构件的焊接，焊接时产热量大、在航空航天领域应用前景广阔；但是同轴双肩搅拌摩擦焊接过程中上下轴肩相对工件同步旋转时，上、下轴肩转速不能分开调节，减少了产热控制途径，容易使焊缝金属过热而晶粒粗大，从而影响焊接性能。另一类是上下轴肩不同轴，即上、下搅拌头以非对称位置插入两工件之间(如申请号为200910302831.3的中国专利申请的记载)，这种焊接方法虽然能够独立调节上、下轴肩转速，但装置较为复杂，对轴向力不能产生所谓“自支撑”的优点，对中空型焊接构件适用性差。

同轴型的双轴肩搅拌摩擦焊接装置主要有两种结构形式，一是上轴肩与搅拌针为一体，二是下轴肩与搅拌针为一体。当前，无论是哪种结构都不能实现上下轴肩转速分开调节。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种结构简单并能独立调节上、下轴肩转速以提高焊接质量和效率的同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置及使用方法。

为实现上述目的，本发明同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置可采用如下技术方案：

一种同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置，包括主机机架、安装于主机机架一侧并沿主机机架上下运动的滑槽装置、驱动滑槽装置运动的主电机、与滑槽装置连接的中心轴上盖、安装于中心轴上盖上的中心轴电机、连接中心轴电机输出轴的中心轴、位于中心轴末端并向下延伸的搅拌针、安装于搅拌针末端的下轴肩、同样安装于主机机架一侧的上轴肩衬套上盖、安装于上轴肩衬套上盖下方的上轴肩衬套下盖、安装于上轴肩衬套下盖中的上轴肩衬套、安装并固定于上轴肩衬套中的上轴肩盖及安装于上轴肩盖下部的上轴肩；所述上轴肩及上轴肩盖围绕中心轴设置，所述搅拌针自上轴肩内向外延伸出，所述下轴肩位于上轴肩下方；所述主机机架向下延伸设有主机输出轴及安装于主机输出轴上的主齿轮，所述上轴肩盖上设置有与所述主齿轮配合的从齿轮。

本发明与现有技术相比：本发明同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置将上轴肩及下轴肩分别通过不同的驱动装置驱动，可增加焊接过程转速或轴向压力控制手段，由于上、下轴肩旋转速度不同，可改变上、下轴肩对工件摩擦产热量，避免焊缝金属过热而产生晶粒粗大的缺陷，提高焊接质量和效率，方法简单可靠。

本发明同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置的使用方法可采用如下技术方案：

根据所述的同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)、在工件的起焊处预先开孔，孔的直径与搅拌针的直径相同，搅拌针穿过该孔、上轴肩后，与中心轴相连，工件被放置于上轴肩和下轴肩之间；

(2)、启动主电机使滑槽装置上升带动下轴肩向上轴肩靠近，上轴肩及下轴肩夹紧工件；

(3)、根据需要调整中心轴电机和主机输出轴的旋向和初始转速，开始焊接；

(4)、焊接过程中，上、下轴肩的速度大小根据需要调节，改变中心轴电机的旋转速度和旋向即可改变搅拌针和下轴肩的旋转速度和旋向，改变主电机的旋向和大小，搅拌针即实现轴向位移，从而改变下轴肩相对上轴肩的距离；改变主机输出轴的旋转速度和旋向，即改变上轴肩的旋转速度和旋向；

(5)、焊接过程中，也可通过改变主电机的旋向和转数，调节上轴肩与下轴肩夹紧工件的程度，从而控制摩擦压力大小；

(6)、焊接结束时，改变主电机的旋向和转数，松开工件；

(7)、停止中心轴电机和主机输出轴旋转；

(8)、停止焊接。

本发明与现有技术相比：本发明同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置的使用方法将上轴肩及下轴肩分别通过不同的驱动装置驱动，可增加焊接过程转速或轴向压力控制手段，由于上、下轴肩旋转速度不同，可改变上、下轴肩对工件摩擦产热量，避免焊缝金属过热而产生晶粒粗大的缺陷，提高焊接质量和效率，方法简单可靠。

附图说明

图1为本发明同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置的结构示意图。

图2为本发明同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置中的中心轴的仰视示意图。

图3为本发明同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置中搅拌针的外螺纹为右旋外螺纹时上、下轴肩的旋向示意图。

图4为本发明同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置中搅拌针的外螺纹为左旋外螺纹时上、下轴肩的旋向示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请参阅图1至图4所示，本发明公开一种同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置，包括主机机架23、安装于主机机架23一侧并沿主机机架23上下运动的滑槽装置24、驱动滑槽装置24运动的主电机1、与滑槽装置24连接的中心轴上盖5、安装于中心轴上盖5上的中心轴电机2、连接中心轴电机2输出轴的中心轴7、位于中心轴7末端并向下延伸的搅拌针17、安装于搅拌针17末端的下轴肩18、同样安装于主机机架23一侧的上轴肩衬套上盖8、安装于上轴肩衬套上盖8下方的上轴肩衬套下盖11、安装于上轴肩衬套下盖11中的上轴肩衬套12、安装并固定于上轴肩衬套12中的上轴肩盖15及安装于上轴肩盖15下部的上轴肩16；所述上轴肩16及上轴肩盖15围绕中心轴7设置，所述搅拌针自上轴肩16内向外延伸出，所述下轴肩18位于上轴肩16下方；所述主机机架23向下延伸设有主机输出轴22及安装于主机输出轴22上的主齿轮21，所述上轴肩盖15上设置有与所述主齿轮21配合的从齿轮14。该同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置设有安装于中心轴上盖5下方的中心轴下盖6及位于中心轴下盖6内的平面轴承5，所述平面轴承5与中心轴7配合并承载中心轴7，所述中心轴7自内向外穿过中心轴下盖6。所述上轴肩衬套12与上轴肩衬套下盖11之间设有深沟球轴承10。

所述中心轴7设有横截面为圆形的上半轴71及横截面为方形的下半轴72，所述上半轴71通过一个联轴器3与中心轴电机2的输出轴相连；所述下半轴72上设有一个中心轴衬套19，该中心轴衬套19设有与下半轴72配合的方形孔，该中心轴套19通过轴承20承载于上轴肩16上。所述方形的下半轴72与中心轴衬套19内部方孔存在一定间隙配合，采用方孔使中心轴7能够相对中心轴衬套19轴向运动，而不能相对旋转。

所述上轴肩衬套12上设有固定上轴肩盖12的紧固螺帽9。

其中，所述主机架23和主机输出轴22均可以采用常见的铣床或传统搅拌摩擦焊机的机架和输出轴，滑槽装置24也可以采用常见的燕尾滑槽和滑板的配合，此部分为公开技术。

下面再结合图1至图4具体说明本发明同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置的使用方法，该方法包括以下步骤：

(1)、在工件26的起焊处预先开孔，孔的直径与搅拌针17的直径相同，搅拌针17穿过该孔、上轴肩16后，与中心轴7相连，工件26被放置于上轴肩16和下轴肩18之间；

(2)、启动主电机1使滑槽装置24上升带动下轴肩18向上轴肩16靠近，上轴肩16及下轴肩18夹紧工件；

(3)、根据需要调整中心轴电机2和主机输出轴22的旋向和初始转速，开始焊接；

(4)、焊接过程中，上、下轴肩17、18的速度大小根据需要调节，改变中心轴电机2的旋转速度和旋向即可改变搅拌针17和下轴肩18的旋转速度和旋向，改变主电机1的旋向和大小，搅拌针17即实现轴向位移，从而改变下轴肩18相对上轴肩16的距离；改变主机输出轴22的旋转速度和旋向，即改变上轴肩16的旋转速度和旋向；

(5)、焊接过程中，也可通过改变主电机1的旋向和转数，调节上轴肩16与下轴肩18夹紧工件的程度，从而控制摩擦压力大小；

(6)、焊接结束时，改变主电机1的旋向和转数，松开工件26；

(7)、停止中心轴电机2和主机输出轴22旋转；

(8)、停止焊接。

其中，所述搅拌针17中间段具有外螺纹，当是左旋外螺纹时，上轴肩16、搅拌针17、下轴肩18采用的旋向25从俯视的角度看，为顺时针旋转；当是右旋外螺纹时，上轴肩16、搅拌针17和下轴肩18采用的旋向27从俯视的角度看，为逆时针旋转。采用上述旋转方向的依据如下：在焊接过程中，不断有新的金属进入搅拌摩擦区域，并被卷入上轴肩16与搅拌针17交接处，此时虽然上轴肩16与搅拌针17旋向相同，但有很高的相对转速，使进入上轴肩16与搅拌针17之间的金属会被螺纹带出来，从而汇入塑性金属流中，避免了上轴肩16与搅拌针17之间间隙被堵塞、工件表面金属的流失，保证了这种焊接方法的可靠性。

本发明同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置及使用方法将上轴肩及下轴肩分别通过不同的驱动装置驱动，可增加焊接过程转速或轴向压力控制手段，由于上、下轴肩旋转速度不同，可改变上、下轴肩对工件摩擦产热量，避免焊缝金属过热而产生晶粒粗大的缺陷，提高焊接质量和效率，方法简单可靠。

Claims (8)

1.一种同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：包括主机机架(23)、安装于主机机架(23)一侧并沿主机机架(23)上下运动的滑槽装置(24)、驱动滑槽装置(24)运动的主电机(1)、与滑槽装置(24)连接的中心轴上盖(5)、安装于中心轴上盖(5)上的中心轴电机(2)、连接中心轴电机(2)输出轴的中心轴(7)、位于中心轴(7)末端并向下延伸的搅拌针(17)、安装于搅拌针(17)末端的下轴肩(18)、同样安装于主机机架(23)一侧的上轴肩衬套上盖(8)、安装于上轴肩衬套上盖(8)下方的上轴肩衬套下盖(11)、安装于上轴肩衬套下盖(11)中的上轴肩衬套(12)、安装并固定于上轴肩衬套(12)中的上轴肩盖(15)及安装于上轴肩盖(15)下部的上轴肩(16)；所述上轴肩(16)及上轴肩盖(15)围绕中心轴(7)设置，所述搅拌针自上轴肩(16)内向外延伸出，所述下轴肩(18)位于上轴肩(16)下方；所述主机机架(23)向下延伸设有主机输出轴(22)及安装于主机输出轴(22)上的主齿轮(21)，所述上轴肩盖(15)上设置有与所述主齿轮(21)配合的从齿轮(14)。

2.根据权利要求1所述的同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：该同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置设有安装于中心轴上盖(5)下方的中心轴下盖(6)及位于中心轴下盖(6)内的平面轴承(5)，所述平面轴承(5)与中心轴(7)配合并承载中心轴(7)，所述中心轴(7)自内向外穿过中心轴下盖(6)。

3.根据权利要求1或2所述的同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述上轴肩衬套(12)与上轴肩衬套下盖(11)之间设有深沟球轴承(10)。

4.根据权利要求1所述的同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述中心轴(7)设有横截面为圆形的上半轴(71)及横截面为方形的下半轴(72)，所述上半轴(71)通过一个联轴器(3)与中心轴电机(2)的输出轴相连；所述下半轴(72)上设有一个中心轴衬套(19)，该中心轴衬套(19)设有与下半轴(72)配合的方形孔，该中心轴套(19)通过轴承(20)承载于上轴肩(16)上。

5.根据权利要求4所述的同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述上轴肩衬套(12)上设有固定上轴肩盖(12)的紧固螺帽(9)。

6.根据权利要求1所述的同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、在工件(26)的起焊处预先开孔，孔的直径与搅拌针(17)的直径相同，搅拌针(17)穿过该孔、上轴肩(16)后，与中心轴(7)相连，工件(26)被放置于上轴肩(16)和下轴肩(18)之间；

(2)、启动主电机(1)使滑槽装置(24)上升带动下轴肩(18)向上轴肩(16)靠近，上轴肩(16)及下轴肩(18)夹紧工件；

(3)、根据需要调整中心轴电机(2)和主机输出轴(22)的旋向和初始转速，开始焊接；

(4)、焊接过程中，上、下轴肩的速度大小根据需要调节，改变中心轴电机(2)的旋转速度和旋向即可改变搅拌针(17)和下轴肩(18)的旋转速度和旋向，改变主电机(1)的旋向和大小，搅拌针(17)即实现轴向位移，从而改变下轴肩(18)相对上轴肩(16)的距离；改变主机输出轴(22)的旋转速度和旋向，即改变上轴肩(16)的旋转速度和旋向；

(5)、焊接过程中，也可通过改变主电机(1)的旋向和转数，调节上轴肩(16)与下轴肩(18)夹紧工件的程度，从而控制摩擦压力大小；

(6)、焊接结束时，改变主电机(1)的旋向和转数，松开工件(26)；

(7)、停止中心轴电机(2)和主机输出轴(22)旋转；

(8)、停止焊接。

7.根据权利要求6所述的同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置的使用方法，其特征在于：搅拌针(17)中间段具有外螺纹，当是左旋外螺纹时，上轴肩(16)、搅拌针(17)、下轴肩(18)采用的旋向(25)从俯视的角度看，为顺时针旋转。

8.根据权利要求6所述的同向异速双肩搅拌摩擦焊接装置的使用方法，其特征在于：搅拌针(17)中间段具有外螺纹，当是右旋外螺纹时，上轴肩(16)、搅拌针(17)和下轴肩(18)采用的旋向(27)从俯视的角度看，为逆时针旋转。

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