CN103406659A - 一种回填式搅拌摩擦焊接方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种回填式搅拌摩擦焊接方法及其装置，该技术方案采用新型搅拌摩擦点焊装置实现回填式无匙孔焊接。焊接过程是：搅拌头下压，压紧加工件后，搅拌头外套位置不变，轴肩高速旋转扎入焊缝，搅拌针则向远离焊缝方向运动，轴肩扎入焊缝一定深度后开始焊接，软化的金属流入焊缝、搅拌针、轴肩形成的空隙内，焊完后轴肩退出加工件，搅拌针推动空隙内金属下压加工件，由此填充匙孔完成焊接，搅拌头卸载退出。与现有技术相比，本发明技术方案消除了匙孔造成的焊缝不均匀的现象，在焊缝断续时保持焊透深度均匀。
Description
技术领域
本专利是一种回填式搅拌摩擦焊接方法及其装置，属于搅拌摩擦焊接技术领域。
背景技术
搅拌摩擦焊在焊接焊件后，会在焊件的焊缝末端留有匙孔，为了消除匙孔，通常采用可回抽的搅拌摩擦焊焊接装置来实现。但是当焊缝是断续焊缝且要求焊透深度均匀的焊缝时，采用回抽装置是不能消除焊后匙孔的。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计的一种回填式搅拌摩擦焊接方法及其装置，其目的是消除匙孔造成的焊缝不均匀的现象，在焊缝断续时保持焊透深度均匀。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明技术方案提出了一种回填式搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：该方法的的步骤是：
⑴搅拌头的搅拌针(1)和轴肩(2)一起旋转的同时可以沿轴向做相反方向的运动，将轴肩(2)向下运动扎入到焊缝内，同时搅拌针(1)随轴肩(2)同步沿着轴向向相反方向运动，搅拌头的外套(3)的下端面压紧在焊缝位置；
⑵焊接过程中，搅拌头的搅拌针(1)、轴肩(2)和外套(3)保持相对位置不动，在轴肩(2)的旋转，挤压作用下，焊件材料发生塑性流动，焊件材料挤进轴肩轴肩(2)和搅拌针(1)之间的空隙内；
⑶焊到终点位置时，搅拌头停止运动，高速旋转的轴肩(2)从焊缝的焊件材料中撤出，同时搅拌针(1)随轴肩(2)同步沿着轴向向相反方向运动，推动轴肩(2)和搅拌针(1)之间空隙内的焊件材料填充到焊后的匙孔内，完成焊接。
本发明技术方案又提出一种用于上述回填式搅拌摩擦焊接方法的装置，该装置包括由搅拌针(1)、轴肩(2)和外套(3)组成的搅拌头，外套(3)安装在该装置壳体(6)的下端，其特征在于：搅拌针(1)末端和芯轴(10)前端固接,搅拌针(1)插装在轴肩(2)的中心孔内，芯轴(10)与内花键套(9)连接组成一组花键副，内花键套(9)与外花键轴(7)固定连接，外花键轴(7)与外花键套(8)连接组成另一组花键副，外花键套(8)安装在轴承(5)上，轴承(5)安装在壳体(6)内腔的下部，外花键轴(7)的下端通过一个连接套(4)与轴肩(2)连接；
芯轴(10)的后端套装驱动轮(11)上，驱动轮(11)通过轴承(5)安装在壳体(6)的上部，驱动轮(11)通过主动带轮(12)与电机(13)连接，电机(13)驱动芯轴(10)转动；
芯轴(10)的中段通过轴承(5)安装在套筒Ⅰ(14)内，套筒Ⅰ(14)通过丝杠(15)与电机(13)连接，套筒Ⅰ(14)带动芯轴(10)沿轴向上、下作直线运动；
外花键轴(7)的上部通过轴承(5)安装在另一个套筒Ⅱ(16)内，套筒Ⅱ(16)通过丝杠(15)与电机(13)连接，套筒Ⅱ(16)带动外花键轴(7)沿轴向上、下作直线运动。
搅拌针(1)和轴肩(2)高速旋转的同时，搅拌针(1)和轴肩(2)沿着轴向做相反运动，其中轴肩(2)向下运动扎入到焊缝内，搅拌针(1)则沿着轴向向远离焊缝方向运动，而外套(3)位置保持不变。
焊接过程中，随着高速旋转的轴肩(2)沿着焊缝焊接，在搅拌头的旋转，挤压等机械力作用下，焊件材料发生塑性流动，材料挤进轴肩(2)和搅拌针(1)及焊缝形成的空隙内。
焊到终点位置时，搅拌头停止沿焊缝方向的运动。高速旋转的轴肩(2)从焊缝撤出，搅拌针(1)则向焊缝方向运动，推动空隙内的材料填充到焊后的匙孔内，由此填充匙孔完成焊接。
附图说明
图1为本发明技术方案中焊接装置的结构示意图
图2为用本发明技术方案焊接的结构件的示意图
图3为用本发明技术方案进行点焊的示意图，
图中，状态A为焊接前搅拌针(1)、轴肩(2)和外套(3)状态；
B为焊中搅拌针(1)、轴肩(2)和外套(3)状态；
C为焊后搅拌针(1)、轴肩(2)和外套(3)状态。
图4为用本发明技术方案焊接焊缝的示意图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
参见附图3～4所示，该种回填式搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：该方法的的步骤是：
⑴搅拌头的搅拌针1和轴肩2一起旋转的同时可以沿轴向做相反方向的运动，将轴肩2向下运动扎入到焊缝内，同时搅拌针1随轴肩2同步沿着轴向向相反方向运动，搅拌头的外套3的下端面压紧在焊缝位置；
⑵焊接过程中，搅拌头的搅拌针1、轴肩2和外套3保持相对位置不动，在轴肩2的旋转，挤压作用下，焊件材料发生塑性流动，焊件材料挤进轴肩2和搅拌针1之间的空隙内；
⑶焊到终点位置时，搅拌头停止运动，高速旋转的轴肩2从焊缝的焊件材料中撤出，同时搅拌针1随轴肩2同步沿着轴向向相反方向运动，推动轴肩2和搅拌针1之间空隙内的焊件材料填充到焊后的匙孔内，完成焊接。
参见附图1所示为用于上述回填式搅拌摩擦焊接方法的装置，该装置包括由搅拌针1、轴肩2和外套3组成的搅拌头，外套3安装在该装置壳体6的下端，其特征在于：搅拌针1末端和芯轴10前端固接,搅拌针1插装在轴肩2的中心孔内，芯轴10与内花键套9连接组成一组花键副，内花键套9与外花键轴7固定连接，外花键轴7与外花键套8连接组成另一组花键副，外花键套8安装在轴承5上，轴承5安装在壳体6内腔的下部，外花键轴7的下端通过一个连接套4与轴肩2连接；
芯轴10的后端套装驱动轮11上，驱动轮11通过轴承5安装在壳体6的上部，驱动轮11通过主动带轮12与电机13连接，电机13驱动芯轴10转动；
芯轴10的中段通过轴承5安装在套筒Ⅰ14内，套筒Ⅰ14通过丝杠15与电机13连接，套筒Ⅰ14带动芯轴10沿轴向上、下作直线运动；
外花键轴7的上部通过轴承5安装在另一个套筒Ⅱ16内，套筒Ⅱ16通过丝杠15与电机13连接，套筒Ⅱ16带动外花键轴7沿轴向上、下作直线运动。
参见附图2和3所示，采用本发明技术方案进行点焊的过程是，待焊的两加工件是搭接结构形式，焊接材料是2024—T3材料的搭接件的点焊焊接，其中两个焊件的厚度分别是1.6mm。状态A是焊接开始时搅拌头和加工件的位置，电机13驱动搅拌针1和轴肩2以相同速度旋转，旋转运动的同时，轴肩2和搅拌针1以1400rpm的转速摩擦焊接件表面，摩擦焊接件表面的时间是0.5S，然后轴肩以1400rpm的转速扎入筋板Ⅰ的内部，搅拌针1以1400rpm的旋转速度向远离结构件Ⅰ、Ⅱ的方向运动到一定的位置，当轴肩2扎入焊接件内部1.75mm后停止扎入动作，搅拌针1也停止向上运动，状态B为搅拌头正在焊接时搅拌头和加工件的状态，加工件在搅拌头的摩擦，挤压等机械力作用下发生塑性流动，轴肩2，搅拌针1，焊缝形成的空隙O被软化的金属填满。轴肩2和搅拌针1转速提升至1500rpm后继续旋转1.5S后，轴肩2将转速降至1000rpm后继续旋转并向上退出焊件，搅拌针1也随轴肩将转速降至1000rpm后向焊件方向运动推压空隙O内的材料填充焊后的匙孔。当轴肩2和搅拌针1都到达焊缝表面后维持1.5S的旋转运动完成焊接，搅拌头卸载退出，状态C为焊后轴肩退出焊点的状态，完成筋板Ⅰ和壁板Ⅱ的点焊焊接。
参见附图2和4所示，将本专利的新型搅拌摩擦点焊方法及实施装置应用到两加工件是搭接结构的直缝焊接。筋板Ⅰ和薄壁板Ⅱ焊接。焊接材料是2024—T3材料的搭接件的直缝焊接，其中两个焊件的厚度分别是1.8mm。状态A是焊接开始时搅拌头和加工件的位置，电机13驱动搅拌针1和轴肩2以相同速度旋转，旋转运动的同时，轴肩2和搅拌针1以1400rpm的转速摩擦焊接件表面，摩擦焊接件表面的时间是持续0.5S，然后轴肩以1400rpm的转速扎入筋板Ⅰ的a点内部，搅拌针1以1400rpm的旋转速度向远离结构件Ⅰ、Ⅱ的方向运动到一定的位置，当轴肩2扎入焊接件内部1.95mm后停止扎入动作，搅拌针1也停止向上运动，状态B为搅拌头正在焊接时搅拌头和加工件的状态，加工件在搅拌头的摩擦，挤压等机械力作用下发生塑性流动，轴肩2，搅拌针1，焊缝形成的空隙O被软化的金属填满。轴肩2和搅拌针1转速提升至2000rpm后继续旋转2S后，轴肩2和搅拌针1保持现在的转速状态沿焊缝做直线运行。焊接到焊缝的终点时轴肩2将转速降至1500rpm后继续旋转并向上退出焊件，搅拌针1也随轴肩2将转速降至1500rpm后向焊件方向运动推压空隙O内的材料填充焊后的匙孔。当轴肩2和搅拌针1都到达焊缝表面后维持2S的旋转运动完成焊接，搅拌头卸载退出，完成筋板Ⅰ和壁板Ⅱ的直缝焊接。
与现有技术相比，本发明技术方案消除了匙孔造成的焊缝不均匀的现象，在焊缝断续时保持焊透深度均匀。
Claims (2)
1.一种回填式搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：该方法的的步骤是：
⑴搅拌头的搅拌针(1)和轴肩(2)一起旋转的同时可以沿轴向做相反方向的运动，将轴肩(2)向下运动扎入到焊缝内，同时搅拌针(1)随轴肩(2)同步沿着轴向向相反方向运动，搅拌头的外套(3)的下端面压紧在焊缝位置；
⑵焊接过程中，搅拌头的搅拌针(1)、轴肩(2)和外套(3)保持相对位置不动，在轴肩(2)的旋转，挤压作用下，焊件材料发生塑性流动，焊件材料挤进轴肩(2)和搅拌针(1)之间的空隙内；
⑶焊到终点位置时，搅拌头停止运动，高速旋转的轴肩(2)从焊缝中撤出，同时搅拌针(1)随轴肩(2)同步沿着轴向向相反方向运动，推动轴肩(2)和搅拌针(1)之间空隙内的焊件材料填充到焊后的匙孔内，完成焊接。
2.一种适用于权利要求1所述回填式搅拌摩擦焊接方法的装置，该装置包括由搅拌针(1)、轴肩(2)和外套(3)组成的搅拌头，外套(3)安装在该装置壳体(6)的下端，其特征在于：搅拌针(1)末端和芯轴(10)前端固接,搅拌针(1)插装在轴肩(2)的中心孔内，芯轴(10)与内花键套(9)连接组成一组花键副，内花键套(9)与外花键轴(7)固定连接，外花键轴(7)与外花键套(8)连接组成另一组花键副，外花键套(8)安装在轴承(5)上，轴承(5)安装在壳体(6)内腔的下部，外花键轴(7)的下端通过一个连接套(4)与轴肩(2)连接；
芯轴(10)的后端套装驱动轮(11)上，驱动轮(11)通过轴承(5)安装在壳体(6)的上部，驱动轮(11)通过主动带轮(12)与电机(13)连接，电机(13)驱动芯轴(10)转动；
芯轴(10)的中段通过轴承(5)安装在套筒Ⅰ(14)内，套筒Ⅰ(14)通过丝杠(15)与电机(13)连接，套筒Ⅰ(14)带动芯轴(10)沿轴向上、下作直线运动；
外花键轴(7)的上部通过轴承(5)安装在另一个套筒Ⅱ(16)内，套筒Ⅱ(16)通过丝杠(15)与电机(13)连接，套筒Ⅱ(16)带动外花键轴(7)沿轴向上、下作直线运动。
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