CN103920985B - 一种薄壁管类零件轴向摩擦焊的快速预热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种薄壁管类零件轴向摩擦焊的快速预热装置，包括装置支架，所述装置支架的水平方向上设有由水平气缸驱动的置于水平滑动副上移动的活动板，所述装置支架的垂直方向上设有由垂直气缸驱动的置于垂直导向轴上上下移动的安装板，所述安装板设置于所述活动板上，所述安装板上还装有变压器，其一端与感应加热器刚性相连，另一端与感应电源柔性相连。本发明对薄壁管类零件轴向摩擦焊接部位焊前进行快速预热，在焊接能量输入相同的情况下，减少了摩擦热量，显著降低了工件夹持力、摩擦转速和焊接顶锻力等摩擦焊工艺参数，达到抑制零件夹持变形和焊接变形，保证焊后零件尺寸精度的目的，满足产品的后续加工要求。

Description

一种薄壁管类零件轴向摩擦焊的快速预热装置
技术领域
本发明涉及摩擦焊领域，具体涉及到一种薄壁管类零件轴向摩擦焊前对零件进行快速预热的装置。
背景技术
轴向摩擦焊是利用待焊工件轴向接触界面相对旋转运动及塑性流动所产生的摩擦热及塑性变形热，使焊接界面及其附近温度升高，材料的变形抗力降低，塑性提高，界面氧化膜破碎，伴随着材料产生塑性流变，通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶实现连接的一种固态焊接方法。具有焊接能量输入快、质量稳定、效率高等优点，非常适合管/轴类零件以及异种材料零件（如高温合金/钢）的轴向焊接，已被广泛推广应用于石油化工、船舶、汽车、兵器等行业。
大长径比的薄壁管类零件整体挤压成形或机加成形难度大，采用分段成形再轴向连接的工艺是目前制备该类零件最行之有效的方法之一。但高强连接技术一直是薄壁管类零件制备过程中的瓶颈技术，摩擦焊连接强度高、接头不产生与凝固冶金有关的焊接缺陷，非常适合大长径比薄壁管类零件的轴向焊接，但由于该类零件壁厚薄，摩擦焊前采用不进行预热的单一轴向摩擦焊，在大夹持力、高转速、大顶锻力条件下，薄壁管类零件极易发生夹持变形和焊接变形，严重影响零件的尺寸精度，导致薄壁管类零件焊接质量差。
目前，摩擦焊设备的预热装置主要包括电阻条加热以及构件载流加热等，但电阻条加热装置尺寸大，结构复杂，与现有摩擦焊设备的空间结构匹配性差，且升温速率慢；构件载流加热装置升温速度快，但需与摩擦焊设备良好绝缘，安全系数低，不适用于大长径比薄壁管类零件轴向摩擦焊的快速预热。
发明内容
本发明的目的就是提供一种薄壁管类零件轴向摩擦焊的快速预热装置，适用于对各种长径比的薄壁管类零件轴向摩擦焊前进行快速加热，解决薄壁管类零件轴向摩擦焊接变形大等技术难题。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种薄壁管类零件轴向摩擦焊的快速预热装置，其特征在于：包括装置支架，所述装置支架的水平方向上设有可移动的活动板，所述装置支架的垂直方向上设有可上下移动的安装板，所述安装板设置于所述活动板上，所述安装板上还装有变压器，其一端与感应加热器刚性相连，另一端与感应电源柔性相连。
作为本发明的优选方案，所述活动板与所述装置支架通过一对沿水平方向设置的水平滑动副连接，使所述活动板可在所述装置支架上水平方向来回移动，通过设置在所述水平滑动副上的水平止位环保证所述活动板的准确定位。
所述安装板可沿设置于活动板上的垂直导向轴上下移动，通过设置在所述垂直导向轴上的垂直止位环保证安装板的准确定位。
为了使所述活动板可在所述装置支架上水平方向来回自动移动，所述装置支架上设置有水平气缸，所述水平气缸中的水平气缸轴与所述活动板连接，所述水平汽缸带动所述活动板在所述水平滑动副上自动移动。
为了使安装板能沿所述垂直导向轴上下自动移动，所述活动板下设置有垂直气缸，所述垂直气缸中的垂直气缸轴与所述安装板连接，所述垂直气缸带动所述安装板沿所述垂直导向轴上下移动。所述垂直导向轴优选设定四个效果为佳，可使所述安装板等距移动，保证定位准确。
所述感应加热器为可拆分的哈夫结构铜环，铜环采用水冷却，两部分铜环用铜螺钉连接，可实现快速拆装。
所述感应电源为中频或高频感应加热电源，与外置红外测温仪相连，可实现恒温度、恒升温速率等模式运行。当进行预热时，感应加热器按设定的运行模式在数秒至数十秒内快速均匀加热薄壁管类零件，外置的红外测温仪在线监控零件表面温度并反馈给感应电源，从而实现加热温度精确控制。
本发明中，当对工件进行预热时，安装板带动感应加热器移动，将薄壁管类零件置于感应加热器内；随后将感应加热器闭合并采用铜螺钉紧固；然后微调水平气缸和垂直气缸，移动感应加热器并确定零件外表面与感应加热器内衬间间隙相同，通过感应加热对薄壁管类零件进行快速预热。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
(1) 本发明对薄壁管类零件轴向摩擦焊接部位焊前进行快速预热，在焊接能量输入相同的情况下，减少了摩擦热量，显著降低了工件夹持力、摩擦转速和焊接顶锻力等摩擦焊工艺参数，达到抑制零件夹持变形和焊接变形的效果，保证焊后零件尺寸精度的目的，满足产品的后续加工要求。
（2）通过调整安装板上变压器的位置精度来控制感应加热器的位置精度，将薄壁管类零件置于哈夫结构铜环的感应器内，并确定零件外表面与感应加热器内衬间隙相同，最终确定水平止位环和垂直止位环的位置，实现感应器位置的精确控制。
（3）本发明通过在水平方向和垂直方向上设置气缸，可轻松调节活动板和安装板的位置，确保感应加热器能够快速调整准确定位从而保证薄壁管类零件可均匀加热且易于控制温度，同时实现快速拆装功能。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
其中图中数字表示为：1、感应加热器；2、红外测温仪；3、铜螺钉；4、内衬；5、水平止位环；6、安装板；7、活动板；8、垂直气缸轴；9、装置支架；10、垂直止位环；11、垂直导向轴；12、变压器；13、水平气缸；14、水平气缸轴；15、水平滑动幅；16、垂直气缸；17、感应电源。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1，参见图1：一种薄壁管类零件轴向摩擦焊的快速预热装置，包括装置支架9，所述装置支架9的水平方向上设有可移动的活动板7，所述活动板7与所述装置支架9通过一对沿水平方向设置的水平滑动副15连接，通过设置在所述水平滑动副15上的水平止位环5保证活动板7的准确定位。所述安装板6上装有变压器12，其一端与感应加热器1刚性相连，另一端与感应电源17柔性相连。
进一步参见图1，所述装置支架9的垂直方向上设有可上下移动的安装板6，所述安装板6设置于所述活动板7上，所述安装板6可沿设置于所述活动板7上的四个垂直导向轴11上下移动，通过设置在所述垂直导向轴11上的垂直止位环10保证所述安装板6的准确定位。
所述活动板7上设置有水平气缸13，所述水平气缸13中的水平气缸轴14与所述活动板7连接，所述水平汽缸13带动所述活动板7在所述水平滑动副15上自动移动。
所述安装板6上设置有一个垂直气缸16，所述垂直气缸16中的垂直气缸轴8与所述安装板6连接，所述垂直气缸16带动所述安装板6沿所述垂直导向轴11上下移动。
再进一步参见图1，所述感应加热器1为可拆分的哈夫结构铜环，两部分铜环用铜螺钉3连接；所述感应电源17为中频感应加热电源，与一外置红外测温仪2相连。当进行预热时，感应加热器1按设定的运行模式在数秒至数十秒内快速均匀加热薄壁管类零件，外置的红外测温仪2在线监控零件表面温度并反馈给所述感应电源17，从而实现加热温度精确控制。
更进一步地参见图1，本实施例采用外径为φ165mm，壁厚为6mm，长度为850mm的薄壁钢管的进行轴向摩擦焊试验，该薄壁钢管长径比大于5，进行预热前，先将该薄壁管类零件放置于摩擦焊机夹持工装内夹紧；接着，启动水平气缸13和垂直气缸16，将该薄壁管类零件置于感应加热器1内；随后将所述感应加热器1即哈夫结构铜环闭合并采用铜螺钉3紧固，然后微调水平气缸13和垂直气缸16，移动感应加热器1并确定零件外表面与感应加热器1内衬4间间隙相同，并紧固水平止位环5和垂直止位环10实现精确定位；最后，启动感应电源17和红外测温仪2，感应加热器1按设定的运行模式在数秒至数十秒内快速均匀加热薄壁管类零件，外置的红外测温仪2在线监控零件表面温度并反馈给感应电源17，从而实现零件精确控温，预热完毕后，关闭感应电源17，启动摩擦焊设备，实现薄壁管类零件的轴向摩擦焊接。
表1为实施例1所述薄壁管类零件采用实施例1所述薄壁管类零件轴向摩擦焊的快速预热装置进行快速预热后完成轴向摩擦焊后该薄壁管类零件所涉及的相关焊接参数及焊接质量，所列数值为试验后的平均值；对比例为该薄壁管类零件未经预热完成的轴向摩擦焊后所涉及的相关焊接参数及焊接质量。
表1 焊接参数以及焊后工件变形量
可见，轴向摩擦焊接前对薄壁钢管进行预热至500℃后，其夹持力、摩擦转速以及顶锻力均比未预热的轴向摩擦焊参数低，焊后零件变形小，焊接质量好。

Claims (3)

1.一种薄壁管类零件轴向摩擦焊的快速预热装置，其特征在于：包括装置支架（9），所述装置支架（9）的水平方向上设有可移动的活动板（7），所述装置支架（9）的垂直方向上设有可上下移动的安装板（6），且所述安装板（6）设置于所述活动板（7）上，所述安装板（6）上还装有变压器（12），其一端与感应加热器（1）刚性相连，另一端与感应电源（17）柔性相连；所述感应电源（17）为中频或高频感应加热电源，所述感应电源（17）与外置红外测温仪（2）相连；所述感应加热器（1）为可拆分的哈夫结构铜环；所述活动板（7）与所述装置支架（9）通过一对沿水平方向设置的水平滑动副（15）连接，所述活动板（7）通过设置在所述水平滑动副（15）上的水平止位环（5）准确定位；所述安装板（6）可沿设置于所述活动板（7）上的垂直导向轴（11）上下移动，通过设置在所述垂直导向轴（11）上的垂直止位环（10）准确定位。
2.按照权利要求1所述的薄壁管类零件轴向摩擦焊的快速预热装置，其特征在于：所述水平滑动副（15）上设置有水平气缸（13），所述水平气缸（13）中的水平气缸轴（14）与所述活动板（7）连接。
3.按照权利要求1或2所述的薄壁管类零件轴向摩擦焊的快速预热装置，其特征在于：所述安装板（6）通过垂直气缸（16）在所述垂直导向轴（11）上移动，所述垂直气缸（16）中的垂直气缸轴（8）与所述安装板（6）连接。
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