CN103801815A - 一种功率超声辅助搅拌摩擦点焊装置及焊接方法 - Google Patents

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周法权
张卫东
赵维刚
范振昌
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Abstract

本发明公开了一种功率超声辅助搅拌摩擦点焊装置，该装置包括主机头、控制系统、床身、功率超声装置和焊接工作台；功率超声辅助装置固定于焊接工作台之上，并位于主机头的正下方；控制系统通过动力电缆和信号电缆与主机头连接，控制主机头动作，实现焊接功能；控制系统集成了超声发生电路，通过动力电缆和信号电缆与功率超声装置连接，控制功率超声装置工作，实现超声辅助焊接功能；本发明装置针对目前搅拌摩擦点焊存在焊点竖直环面结合处的弱连接问题，提出在点焊过程中于工件的下表面施加超声振动来改善焊点区域的热量分布、增强竖直环面结合处金属的流动性能，以提高焊点质量和力学性能，为简化设备、降低加工能耗、节省能源开辟新的途径。

Description

一种功率超声辅助搅拌摩擦点焊装置及焊接方法
  
技术领域
本发明涉及一种搅拌摩擦点焊领域的焊接装置，具体涉及一种功率超声辅助搅拌摩擦点焊装置。 
背景技术
随着全球资源和环境保护问题的日趋严峻，轻量化已经成为汽车、航空、铁路、航天等工业发展的重要方向。采用轻金属合金（如铝合金、镁合金等）是实现轻量化最有效的措施。目前世界上最常用的轻金属合金单点连接技术有铆接和电阻点焊技术。然而这两种技术在实际应用中存在了很多缺点。 
摩擦点焊（Friction Spot Welding）技术是一种新兴的固相焊接技术，它的连接机理是搅拌头周围高温摩擦热和材料塑性流动相互作用的结果。冶金连接产生在搅拌头周围形成的一种圆环状搅拌区域与材料发生重结晶的区域中，这一区域在搅拌工具旋转、挤压、粉碎等机械力作用下，形成致密组织结构，赋予摩擦点焊接头优异的力学性能。 
摩擦点焊是通过搅拌针和搅拌套旋转的同时作轴向运动实现连接，搅拌套回抽时，搅拌针下压，将材料填充至搅拌套回抽后留下的空间。然而在材料填充侧面的界面上，由于无材料流动，温度也相对较低，无法形成有效连接，造成侧面弱连接现象。因此，消除竖直环面结合处的弱连接成为搅拌摩擦点焊急需解决的问题。 
发明内容
为了解决上述焊点竖直环面结合处的弱连接问题，本发明为所要解决的技术问题提供一种功率超声辅助搅拌摩擦点焊装置。 
就功率超声辅助搅拌摩擦点焊装置而言，本发明解决上述技术问题的功率超声辅助搅拌摩擦点焊装置包括： 
主机头、控制系统、床身、功率超声装置和焊接工作台；
功率超声装置固定于焊接工作台上，并位于主机头的正下方；所述功率超声装置包括换能器、夹持器和变幅杆；所述换能器用于将电能转换为机械振动；所述夹持器位于零振点，用于固定整个超声装置；所述变幅杆用于将振幅放大；
所述控制系统通过动力电缆和信号电缆与主机头连接，控制主机头动作，实现焊接功能；控制系统集成了超声发生电路，通过动力电缆和信号电缆与功率超声装置连接，控制功率超声装置工作，实现超声辅助焊接功能。
较佳地，所述功率超声装置工作频率20±1kHz，输出功率为1000W、1500W、2000W三档可调。 
本发明还包括利用上述搅拌摩擦点焊装置的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤： 
焊接前，工件固定于超声装置之上，并与变幅杆上表面接触；
焊接时，主机头上的搅拌工具在工件上方进行焊接，功率超声装置在工件下方振动，进行辅助焊接；
焊接完成后，搅拌工具撤离工件表面，功率超声装置停止振动。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果： 
（1）焊接过程全自动化，焊接效率高；
（2）焊点抗拉强度、剪切强度提高30%，焊点可靠性高；
（3）超声具备辅助清洗功能，工作效率显著提高。
附图说明
图1为本发明功率超声辅助搅拌摩擦点焊装置的示意图。 
图2为本发明功率超声辅助搅拌摩擦点焊装置中主机头、功率超声装置的示意图。
具体实施方式
以下通过较佳实施例对本发明的技术方案进行说明，但下述实施例并不能限制本发明的保护范围。 
如图1所示，本发明的功率超声辅助搅拌摩擦点焊装置包括：控制系统1、床身2、主机头3、功率超声装置4和焊接工作台5；所述功率超声装置4固定焊接工作台5上，并位于主机头3的正下方。控制系统1通过系统驱动总线、动力电缆、信号电缆与主机头3连接，控制主机头3动作，实现焊接功能；所述的控制系统1集成了超声发生电路，通过动力电缆和信号电缆与功率超声装置4连接，控制功率超声装置4工作，实现超声辅助焊接功能；功率超声装置4由换能器10、夹持器9和变幅杆8组成；换能器10将电能转换为机械振动；夹持器9位于零振点，用于固定整个超声装置；变幅杆8将振幅放大。 
较佳地，所述功率超声装置4工作频率20±1kHz，输出功率为1000W、1500W、2000W三档可调。 
较佳地，所述换能器10材料为压电陶瓷换能器。 
本发明还包括利用上述搅拌摩擦点焊装置的焊接方法，包括以下步骤：利用所述的功率超声辅助搅拌摩擦点焊装置进行焊接，焊接前，工件7固定于超声装置4之上，并与变幅杆8上表面接触；焊接时，主机头3上的搅拌工具6在工件7的上方进行焊接，功率超声装置4在工件7的下方振动，进行辅助焊接；焊接完成后，搅拌工具6撤离工件7的表面，功率超声装置4停止振动。 
以上公开的仅为本申请的优选的具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。 

Claims (3)

1.一种功率超声辅助搅拌摩擦点焊装置，其特征在于，包括：
主机头、控制系统、床身、功率超声装置和焊接工作台；
功率超声装置固定于焊接工作台上，并位于主机头的正下方；所述功率超声装置包括换能器、夹持器和变幅杆；所述换能器用于将电能转换为机械振动；所述夹持器位于零振点，用于固定整个超声装置；所述变幅杆用于将振幅放大；
所述控制系统通过动力电缆和信号电缆与主机头连接，控制主机头动作，实现焊接功能；控制系统集成了超声发生电路，通过动力电缆和信号电缆与功率超声装置连接，控制功率超声装置工作，实现超声辅助焊接功能。
2.如权利要求1所述的搅拌摩擦点焊装置，其特征在于，所述功率超声装置工作频率20±1kHz，输出功率为1000W、1500W、2000W三档可调。
3.如权利要求1所述的搅拌摩擦点焊装置，其特征在于，所述换能器为压电陶瓷换能器
4．一种利用权利要求1所述搅拌摩擦点焊装置的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
焊接前，工件固定于超声装置之上，并与变幅杆上表面接触；
焊接时，主机头上的搅拌工具在工件上方进行焊接，功率超声装置在工件下方振动，进行辅助焊接；
焊接完成后，搅拌工具撤离工件表面，功率超声装置停止振动。
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