CN103846544A

CN103846544A - 一种用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置及其随焊挤压方法

Info

Publication number: CN103846544A
Application number: CN201210512897.7A
Authority: CN
Inventors: 王敏; 杨广新; 张会杰; 张景宝; 张骁; 武加锋
Original assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Current assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明属于搅拌摩擦焊领域，具体地说是一种用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置及其随焊挤压方法，装置包括支座、支撑臂、施力弹簧和挤压轮，支座通过螺栓与搅拌摩擦焊机的静止轴套相连接，使该装置固定于焊机上；支撑臂呈L型，与施力弹簧一起，通过销轴与支座相连接；挤压轮连接在L型支撑臂的末端，通过主轴向下移动向被焊工件施加压力。采用本发明的随焊挤压装置焊接宽度较大或较小的金属板材，能够有效降低卡具的制造成本，简化焊前装卡过程，增大焊具的施焊空间，从而保证了焊缝的优质成形并拓宽了搅拌摩擦焊技术的应用范围。

Description

一种用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置及其随焊挤压方法

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊领域，具体地说是一种用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置及其随焊挤压方法。

背景技术

搅拌摩擦焊是英国焊接研究所（TWI）于1991年开发的一种新型固相连接技术，与传统熔化焊方法相比，它具有高质量、低成本、低变形和对环境无污染等优点；因此，自其发明以来，已成功应用于航天、航空、汽车和船舶等领域。在搅拌摩擦焊的过程中，往往在被焊工件底部放置一个刚性垫板，以对被焊工件起到顶锻支撑作用。焊接中被焊工件与垫板之间的紧密接触是获得优质焊缝的关键。为满足这一要求，常见做法是焊前对被焊工件实施刚性挤压，且挤压位置尽可能的靠近焊缝中心，以保证焊接过程中在焊具所经过的位置处，被焊工件与垫板之间都处于紧密接触的状态。通常情况下，这种装卡方式能够满足搅拌摩擦焊的需求，但当被焊工件宽度过大或过小时，这种装卡方式就显露出了一些不足。首先，在焊接宽度较大的金属板材时，卡具的尺寸必然也较大，这就增加了卡具的设计成本；同时，为使卡具尽可能的靠近焊缝中心而又不影响焊接中焊具的行走，又需进行较为繁琐的焊前装卡工作。而在对宽度较小的工件进行焊接时，这种常规的装卡方式又势必会压缩焊具的焊接实施空间，进而影响到焊接过程的正常进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置及其随焊挤压方法，解决了采用搅拌摩擦焊接方法焊接宽度较大的金属板材时，卡具尺寸过大，焊前装卡过程繁琐的问题；以及焊接宽度较小的金属板材时，焊具可实施焊接的空间狭小的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明随焊挤压装置包括支座、支撑臂、施力弹簧、挤压轮、螺母及螺杆，其中支座安装在搅拌摩擦焊机套在主轴的静止轴套上，所述支撑臂的一端铰接在支座上，另一端安装有挤压轮，所述主轴上安装有带搅拌针的焊具，所述挤压轮位于该搅拌针焊接方向的前面；所述螺杆的一端铰接在支座上，另一端由支撑壁穿过、并与螺母螺纹连接，所述施力弹簧套在螺杆上，两端分别与螺杆及滑块相抵接。

其中：所述支撑臂为“L”型，两端均开有“U”型槽，在支撑臂上靠近支撑臂一端的部位开有条形孔，所述螺杆的另一端由该条形孔穿过；所述支撑臂上、位于条形孔内安装有连接块，该连接块通过第二销轴与支撑臂连接，所述螺杆的另一端由连接块穿过；所述挤压轮与焊具的水平间距为1～5mm，且挤压轮的最低点与焊具上轴肩处于同一水平面；所述挤压轮的直径为30～60mm，厚度大于或等于焊具上轴肩的直径；所述挤压轮对被焊工件所施加的挤压力通过主轴向下运动实现，所施加的挤压力为1～3KN。

本发明随焊挤压装置的随焊挤压方法，包括以下步骤：

步骤一，将支座固定在搅拌摩擦焊机的静止轴套上，实现所述随焊挤压装置在搅拌摩擦焊机上的固定；

步骤二，启动搅拌摩擦焊机，主轴开始旋转并向下移动，主轴通过向下运动，带动挤压轮向上运动，施力弹簧被压缩，保证挤压轮与焊具的水平间距在1～5mm，且挤压轮的最低点与焊具上轴肩处于同一水平面；此时，施力弹簧受力；挤压轮与被焊工件之间已经存在了相互作用力；

步骤三，停止主轴转动，螺杆自身带有螺母，调节螺母压缩施力弹簧，使挤压轮向下对被焊工件施加1～3kN的下压力；

步骤四，重启搅拌摩擦焊机，主轴重新旋转并带动焊具以设定的进给速度沿焊接方向移动进行焊接，形成焊缝；在这个过程中，对被焊工件施加了预定挤压力的挤压轮在焊具的前面沿焊接方向进行同步移动，起到搅拌摩擦焊过程的随焊挤压作用。

其中：在搅拌摩擦焊的过程中，所述被焊工件的两侧边缘通过卡具对被焊工件进行挤压限位；所述被焊工件为同类或异类可被焊接的金属板材，被焊工件可对接或搭接。

本发明的优点与积极效果为：

1．本发明随焊挤压装置焊接宽度较大或较小的金属板材时，能够有效降低卡具的制造成本，简化焊前装卡过程，增大焊具的施焊空间，从而保证了焊缝的优质成形并拓宽了搅拌摩擦焊技术的应用范围。

2．本发明随焊挤压装置中的支撑臂设计成“L”型，保证了挤压轮与焊具之间较小的水平间距，增强了焊接中挤压轮对被焊工件的随焊挤压效果。

3．本发明随焊挤压方法对宽度较大或较小的金属板材进行搅拌摩擦焊时，只需采用卡具在板材边缘对其进行挤压限位，而无需将卡具的刚性挤压作用施加在焊缝中心线附近，即可保证搅拌摩擦焊过程中焊具所经过位置处被焊工件与底部垫板的紧密接触，实现被焊工件的优质连接；这既降低了卡具的设计制造成本，又简化了焊前装卡过程，同时还显著增大了焊具的施焊空间，拓宽了搅拌摩擦焊技术的应用范围。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为本发明的立体结构示意图；

图3为本发明在搅拌摩擦焊中的工作状态图；

图4为本发明螺杆的结构示意图；

其中：1为支座，2为支撑臂，3为施力弹簧，4为挤压轮，5为第一螺栓，6为静止轴套，7为第一销轴，8为主轴，9为焊具，10为轴肩，11为搅拌针，12为螺母，13为螺杆，14为被焊工件，15为焊缝，16为卡具，17为条形孔，18为销轴，19为连接块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2所示，本发明随焊挤压装置包括支座1、支撑臂2、施力弹簧3、挤压轮4、螺母12及螺杆13，搅拌摩擦焊机的主轴8上安装有静止轴套6，支座1通过第一螺栓5固接在该静止轴套6上。支撑臂2为“L”型，两端均开有“U”型槽；支撑臂2的一端通过第一销轴7铰接在支座1上，另一端安装有挤压轮4，该挤压轮4位于支撑臂2另一端的“U”型槽内，可转动；主轴8上安装有带搅拌针11的焊具9，挤压轮4位于该搅拌针11焊接方向的前面。在支撑臂2上靠近所述支撑臂一端的部位开有条形孔17，条形孔17内安装有连接块19，该连接块19通过第二销轴18与支撑臂2连接，螺杆13的一端通过第一销轴7铰接在支座1上，另一端由条形孔17内的连接块19穿过、并与螺母12螺纹连接；在支撑臂2上、位于条形孔17的任一侧安装有定位连接块19的第二销轴18。施力弹簧3套在螺杆13上，两端分别与螺杆13及支撑臂2相抵接，挤压轮4对被焊工件14所施加的挤压力通过主轴8向下移动，带动挤压轮4向上运动，施力弹簧3压缩施加，所施加的挤压力为1～3KN。挤压轮4与焊具9的水平间距为1～5mm，且挤压轮4的最低点与焊具9上轴肩10处于同一水平面；挤压轮4的直径为30～60mm，厚度大于或等于焊具9上轴肩10的直径。

本发明随焊挤压方法，包括以下步骤：

步骤一，将支座1通过第一螺栓5固定在搅拌摩擦焊机的静止轴套6上，实现所述随焊挤压装置在搅拌摩擦焊机上的固定；

步骤二，启动搅拌摩擦焊机，主轴8开始旋转并向下移动，主轴8通过向下运动，带动挤压轮4向上运动，施力弹簧3压缩，保证挤压轮4与焊具9的水平间距在1～5mm，且挤压轮4的最低点与焊具9上轴肩10处于同一水平面；此时，施力弹簧3受力；挤压轮4与被焊工件14之间已经存在了相互作用力；

步骤三，停止主轴8转动，螺杆13自身带有螺母，调节螺母压缩施力弹簧3，使挤压轮4向下对被焊工件10施加1～3kN的下压力；

步骤四，重启搅拌摩擦焊机，主轴8重新旋转并带动焊具9以设定的进给速度沿焊接方向移动进行焊接，形成焊缝15；在这个过程中，对被焊工件14施加了预定挤压力的挤压轮4在焊具9的前面沿焊接方向进行同步移动，起到搅拌摩擦焊过程的随焊挤压作用。

搅拌摩擦焊中，在采用本发明随焊挤压装置的同时，被焊工件14的两侧边缘通过卡具16对被焊工件14进行挤压限位。

本发明被焊工件14为同类或异类可被焊接的金属板材，可为铝、铝合金、镁、镁合金、铜或铜合金，被焊工件14的长度为100～3000mm、宽度为20～500mm、厚度为1～20mm，被焊工件14可对接或搭接。

Claims

1.一种用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置，其特征在于：包括支座（1）、支撑臂（2）、施力弹簧（3）、挤压轮（4）、螺母（12）及螺杆（13），其中支座（1）安装在搅拌摩擦焊机套在主轴（8）的静止轴套（6）上，所述支撑臂（2）的一端铰接在支座（1）上，另一端安装有挤压轮（4），所述主轴（8）上安装有带搅拌针（11）的焊具（9），所述挤压轮（4）位于该搅拌针（11）焊接方向的前面；所述螺杆（13）的一端铰接在支座（1）上，另一端由支撑壁（2）穿过、并与螺母（12）螺纹连接，所述施力弹簧（3）套在螺杆（13）上，两端分别与螺杆（13）及滑块（19）相抵接。

2.按权利要求1所述用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置，其特征在于：所述支撑臂（2）为“L”型，两端均开有“U”型槽，在支撑臂（2）上靠近支撑臂一端的部位开有条形孔（17），所述螺杆（13）的另一端由该条形孔（17）穿过。

3.按权利要求2所述用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置，其特征在于：所述支撑臂（2）上、位于条形孔（17）内安装有连接块（19），该连接块（19）通过第二销轴（18）与支撑臂（2）连接，所述螺杆（13）的另一端由连接块（19）穿过。

4.按权利要求1所述用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置，其特征在于：所述挤压轮（4）与焊具（9）的水平间距为1～5mm，且挤压轮（4）的最低点与焊具（9）上轴肩（10）处于同一水平面。

5.按权利要求4所述用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置，其特征在于：所述挤压轮（4）的直径为30～60mm，厚度大于或等于焊具（9）上轴肩（10）的直径。

6.按权利要求1所述用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置，其特征在于：所述挤压轮（4）对被焊工件（14）所施加的挤压力通过主轴（8）向下运动实现，所施加的挤压力为1～3KN。

7.一种按权利要求1至6任一权利要求所述用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置的随焊挤压方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，将支座（1）固定在搅拌摩擦焊机的静止轴套（6）上，实现所述随焊挤压装置在搅拌摩擦焊机上的固定；

步骤二，启动搅拌摩擦焊机，主轴（8）开始旋转并向下移动，主轴（8）通过向下运动，带动挤压轮（4）向上运动，施力弹簧（3）被压缩，保证挤压轮（4）与焊具（9）的水平间距在1～5mm，且挤压轮（4）的最低点与焊具（9）上轴肩（10）处于同一水平面；此时，施力弹簧（3）受力；挤压轮（4）与被焊工件（14）之间已经存在了相互作用力；

步骤三，停止主轴（8）转动，螺杆（13）自身带有螺母（12），调节螺母（12）压缩施力弹簧（3），使挤压轮（4）向下对被焊工件（10）施加1～3kN的下压力；

步骤四，重启搅拌摩擦焊机，主轴（8）重新旋转并带动焊具（9）以设定的进给速度沿焊接方向移动进行焊接，形成焊缝（15）；在这个过程中，对被焊工件（14）施加了预定挤压力的挤压轮（4）在焊具（9）的前面沿焊接方向进行同步移动，起到搅拌摩擦焊过程的随焊挤压作用。

8.按权利要求7所述的方法，其特征在于：在搅拌摩擦焊的过程中，所述被焊工件（14）的两侧边缘通过卡具（16）对被焊工件（14）进行挤压限位。

9.按权利要求7所述的方法，其特征在于：所述被焊工件（14）为同类或异类可被焊接的金属板材，被焊工件（14）可对接或搭接。