CN106536129A - 用于摩擦搅拌焊接的浮动夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于在焊接期间固定工件的焊接夹具。所述焊接夹具可以包括可移动龙门架，所述可移动龙门架配置为横跨所述工件。所述焊接夹具可以进一步包括多个压力单元，所述多个压力单元悬挂在所述龙门架上并且配置为在焊接期间将力可控地施加至所述工件。当压力单元维持所述工件上的力时并且当定位在所述压力单元后面的焊接头将所述工件焊接在一起时，所述龙门架可以在焊接方向上在所述工件上方移动。

Description

用于摩擦搅拌焊接的浮动夹具

技术领域

本公开大体上涉及焊接夹具领域，并且更具体地涉及一种用于在摩擦搅拌焊接期间固定大型工件的可移动焊接夹具。

背景技术

大规模焊接操作，诸如，涉及将两个或者更多个非常大的工件(例如，轨道车的顶板)摩擦搅拌焊接在一起的操作，通常需要在焊接期间将工件牢固地保持在适当的位置。这对于确保在工件的接合处形成致密的、均匀的接缝，并且防止工件在摩擦焊接操作期间翘曲或者移出位置都是必要的。

已经为在大规模摩擦搅拌焊接操作期间固定工件设计的一种解决方案涉及按照期望的配置(诸如，彼此水平邻接以形成待结合的一个或者多个接缝)将工件放置在大型床或者其它支撑结构上。将多个夹子(诸如，可以刚性安装到床上)设置在邻接工件的周长周围。采用夹子来将工件的边缘固定在床上并且保持工件彼此牢固地水平邻接。利用如此固定的工件，可以执行接缝的摩擦搅拌焊接。

与上述解决方案相关联的一个缺点是必须采用大量夹子来适当地固定大型工件。因此，实施该解决方案的必要结构可能会非常昂贵。与该解决方案相关联的另一缺点是必须在焊接操作开始之前对每一个夹子进行单独地定位和固定。这可能会耗费很多的时间和劳动力，尤其是当必须频繁改变夹子的配置以适应不同的焊接应用时。

发明内容

鉴于上述情况，提供一种用于在大规模摩擦搅拌焊接操作期间固定工件的夹具将是有利的，其中，该夹具具有较低的成本，需要最少的时间和劳动力来配置，并且可以容易地和迅速地被重新配置以适应不同的摩擦搅拌焊接应用。

根据本公开的示例性焊接夹具可以包括配置为横跨工件的可移动龙门架。焊接夹具可以进一步包括悬挂在龙门架上的多个压力单元，其中，压力单元配置为在焊接期间将力可控地施加至工件。当压力单元维持工件上的力时并且当定位在压力单元后面的焊接头将工件焊接在一起时，龙门架可以在焊接方向上在工件上方移动。

根据本公开的用于在摩擦搅拌焊接期间固定工件的示例性方法可以包括：将龙门架定位在工件上方；通过使用附接至龙门架的压力单元来将力施加至工件；使龙门架在工件上方移动，同时维持压力单元与工件之间的啮合；以及当龙门架移动时，对工件进行摩擦搅拌焊接。

附图说明

图1是示出了根据本公开的示例性焊接夹具的透视图。

图2是定位在待焊接在一起的多个工件上方的图1的焊接夹具的端面图。

图3是图1的焊接夹具的侧视图。

图4是沿图3中的平面A-A截取的图1的焊接夹具的压力单元的横截面视图，其中，压力单元的活塞处于回缩位置。

图5是示出了图4所示的压力单元的横截面视图，其中，压力单元的活塞处于延伸位置。

图6是示出了可以将图4所示的压力单元联接至本公开的焊接夹具的主梁的示例性方式的分解图。

图7是示出了本公开的焊接夹具相对于焊接站的位置的透视图。

图8是示出了实施本公开的焊接夹具的示例性方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，现在将参照附图更全面地描述根据本公开的设备和方法，在附图中，示出了装置的优选实施例。然而，所公开的设备和方法可以按照许多不同的形式体现，并且不应该被视为受本文所陈述的实施例的限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开是全面的并且完整的，并且将设备和方法的范围充分传达给本领域的技术人员。在附图中，从始至终，类似的数字表示类似的元件。

参照图1，示出了根据本公开的浮动焊接夹具10(下文称为“焊接夹具10”)的示例性实施例。为了方便和清楚起见，本文将使用诸如“顶”、“底”、“上”、“下”、“垂直”、“水平”、“侧向”、“纵向”、“高度”、和“宽度”等术语来描述龙门架10及其各种部件的相对布置和定向，每个术语是针对图1中出现的焊接夹具10的几何结构和定向。所述术语包括特别提及的词、其派生词、和相似的外来词。

焊接夹具10可以包括可移动龙门架12，该可移动龙门架12支撑多个压力单元30a-d、32a-d，该多个压力单元30a-d、32a-d配置为强有力地固定正在进行摩擦搅拌焊接操作如下面将进一步所描述的一个或者多个工件36(如图2所示)。如图1最佳地示出的，龙门架12可以是双主梁类型，该双主梁类型具有通过侧向延伸的横梁18、20彼此呈平行关系固定的第一和第二侧向隔开的主梁14、16。主梁14、16可以通过相应多对垂直支撑构件22a、22b支撑在其纵向端处。每对垂直支撑构件22a、22b的下端可以附接至相应的电机驱动滑架24a、24b(下面将更详细地描述)。龙门架12的高度和宽度可以足以将主梁14、16设置在待焊接的一个或者多个工件36(例如，如图2所示)上方，并且因此可以被改变以适合特定应用。

在不脱离本公开的范围的情况下，设想并且可以实施龙门架12的上述配置的多种变型。例如，设想龙门架12可以可替代地包括在主梁的每个纵向端处的仅仅单个主梁或者仅仅单个垂直支撑构件。进一步设想主梁14、16和/或垂直支撑构件22a、22b可以由用于允许调节龙门架12的宽度和/或高度的多个伸缩构件形成。

电机驱动滑架24a、24b(下文称为“滑架24a、24b”)可以适用于使龙门架12在图1和图3所示的y方向上移动。例如，滑架24a、24b中的每一个滑架可以设置有相应的一对机轮26a、26b(在图1中只看得见其中一个机轮26b)以及适用于可旋转地驱动机轮26a、26b中的一个或者多个的相应驱动机构28a、28b。驱动机构28a、28b可以包括但不限于，电动马达、液压马达、气动马达等。设想可以使滑架24a、24b自由地坐落在表面顶上，诸如工厂或者处理设施的地板。可替代地，设想可以将滑架24a、24b固定在轨道或者通道(未示出)内以限制滑架24a、24b至特定方向或者轴线(例如，y方向)的移动。

焊接夹具10还可以包括呈纵向隔开的关系悬挂在主梁14上的多个前压力单元30a、30b、30c、30d、以及呈纵向隔开的关系悬挂在主梁16上的相似的多个后压力单元32a、32b、32c、32d。前压力单元30a-d中的每一个前压力单元可以与后压力单元32a-d中的一个后压力单元侧向对齐，但这不是关键。分别如图2和图3所示的焊接夹具10的后视图和侧视图所示，前压力单元和后压力单元30a-d、32a-d可以在主梁14、16下方延伸一段距离，其中，压力单元30a-d、32a-d的下末端定位在待焊接的工件36上方的一段距离处。如下面将更详细地描述的，前压力单元和后压力单元30a-d、32a-d可以包括配置为与工件36接触的多个压力辊42a、42b。虽然焊接夹具10被示出为具有四个前压力单元30a-d和四个后压力单元32a-d，但是在不脱离本公开的情况下，设想焊接夹具10可以设置有数量更多或者更少的前压力单元和/或后压力单元。

图4示出了沿图3所示的平面A-A截取的压力单元32d的横截面。压力单元32d与图1所示的压力单元30a-d、32a-c基本相同。因此，要理解，压力单元32d的以下描述也可以应用于其它压力单元30a-d、32a-c中的每一个压力单元。

如图4所示，压力单元32d可以包括包含垂直定向的线性驱动机构36的外壳35。线性驱动机构36可以体现为任何类型的合适的线性致动器或者线性运动装置，包括但不限于液压致动器、气动致动器等。线性驱动机构36可以包括气缸38和可移动活塞40。一对压力辊42a、42b可以可旋转地联接至U形支架45，该U形支架45又可以联接至活塞40的下端。线性驱动机构36可以操作地连接至自动或者手动操作的控制器(未示出)，以允许活塞40和压力辊42a、42b在回缩位置(如图4所示)与延伸位置(如图5所示)之间相对于汽缸38可控地延伸和回缩因此，可以可控地降低压力辊42a、42b以与待焊接的工件啮合。具体地，压力辊42a、42b可以将向下的力施加在工件上，同时在不损坏工件的情况下在y方向(如下面进一步描述的)上在工件上方自由地通过(滚动)。当然，设想在不脱离本公开的情况下可以用多种其它结构来代替压力辊42a、42b。例如，可以用一个或者多个固定联接的(即，非旋转)支脚来替代压力辊42a、42b，诸如，压力辊42a、42b可以由低摩擦材料形成以将向下的力施加在工件上，同时在不对其造成损坏的情况下在工件上方滑动。

线性驱动机构36可以设置有用于测量施加至工件的力的量的一个或者多个装置。例如，线性驱动机构36可以设置有力传感器(未示出)，该力传感器可以配置为测量在汽缸68的正面和反面上的液压压力。在另一非限制性实施例中，线性驱动机构36可以设置有与测压元件组合在一起以测量由线性驱动机构36施加的力的量的机电力/位置单元。可以将测得的压力或者力传送至控制器(如上所述)，该控制器又可以使活塞40上下移动以维持工件上的预定义力。

压力单元32d可以按照允许调节压力单元沿主梁16的纵向位置的方式联接至主梁16。例如，如图4所示，压力单元32d可以通过机械紧固件44(例如，螺母和螺栓组合)附接至主梁16，该机械紧固件44延伸通过在主梁16中的纵向拉长的狭槽或者通道46。为了改变压力单元32d的纵向位置，操作者可以松开机械紧固件44并且可以使压力单元32d沿狭槽滑动至新的纵向位置，机械紧固件44可以被重新拧紧在该狭槽46中。当然，还可以将压力单元32从主梁16完全移除并且通过使用一组完全不同的狭槽46将该压力单元32重新固定在不同的纵向位置。可替代地，设想压力单元32d可以安装在纵向定向的线性驱动机构(例如，任何类型的线性致动器)上，该纵向定向的线性驱动机构安装在主梁16上，从而利于自动调节压力单元的纵向位置。例如，可以经由操作地连接至前述线性驱动机构的远程控制装置来实现这种自动调节。

压力单元32d也可以按照允许调节压力单元相对于主梁16的角定向的方式联接至主梁16。例如，参照图6，压力单元32d可以通过轴承单元33可旋转地联接至主梁16。轴承单元33可以被机动化并且可以包括用于允许自动调节压力单元32d的角位置的齿条。可替代地，压力单元32d可以在轴承单元33上手动旋转，并且轴承单元可以包括用于将压力单元32d固定在期望的角定向上的手动致动的锁紧装置。

要了解，可以采用许多其它配置和/或结构按照利于手动地或者自动地调节压力单元在主梁16上的纵向位置和/或角定向的方式来将压力单元32d安装到主梁16上。在不脱离本公开的情况下，设想并且可以实施所有这种配置和结构。

参照图7，示出了安装在焊接站51前面的一对导轨49a、49b上的焊接夹具10，该焊接站51可以安装在该对导轨49a、49b上。在焊接夹具10和焊接站51的操作期间，焊接夹具10和焊接站51可以按照固定的间隔距离(如下面将进一步描述的)在y方向上沿导轨49a、49b移动。焊接夹具10和焊接站51可以由共用的驱动机构或者由单独的驱动机构驱动。可替代地，设想焊接夹具10可以直接安装到焊接站51的前面。可侧向调节的侧支架53的床可以定位在焊接夹具10和焊接站51下方，以固定和防止待焊接的工件的侧向移动。例如，侧支架53可以用于保持工件彼此牢固地侧向邻接。

参照图8，现在将参照图1至图3和图7所示的夹具10描述一种用于操作根据本公开的焊接夹具10的方法。

在示例性方法的第一步骤100中，可以将待焊接的一个或者多个工件36定位在图2所示的支撑台50或者其它支撑表面上。可以将工件36定位在待将其焊接在一起(诸如，并排关系、邻接关系)从而形成接缝52的配置中。在步骤110中，可以使诸如图7所示的侧支架53等可侧向调节的侧支架移动以与工件36的侧面啮合，从而保持工件36彼此牢固地侧向邻接。

在示例性方法的步骤120中，可以将焊接夹具10定位在图2所示的工件36上方，其中，主梁14、16(在图2中看不见主梁14)以及前压力单元和后压力单元30a-d、32a-d(在图2中看不见前压力单元30a-d)横跨工件36。在方法的步骤130中，必要时，可以调节(按照上述方式)压力单元30a-d、32a-d的纵向位置和/或角定向。例如，可以利用横跨图2所示的相应接缝52的其压力辊42a、42b来定位压力单元30a-d、32a-d中的一个或者多个。

在示例性方法的步骤140中，可以操作压力单元30a-d、32a-d以将压力辊42a、42b降低为与工件36啮合，从而将工件36强有力地固定在其相应位置中，诸如，通过将工件36夹紧或者卡陷在压力辊42a、42d与支撑台50之间。例如，设想可以手动地(诸如，响应于经由控制装置的操作者输入)、或者自动地(诸如，在预编程的、致动的控制器的方向上)操作压力单元30a-d、32a-d。这种控制器可以从压力单元30a-d、32a-d接收力测量结果，并且可以使用这种测量结果来自动调节压力辊42a、42b的垂直位置，以将预定义量的力施加至上述工件。

在示例性方法的步骤150中，可以启动焊接站51(如图7所示)的焊接头，从而在沿相应接缝52的起点处将工件36焊接在一起。利用如此开始的缝焊，在方法的步骤160中，可以启动焊接夹具10的滑架24a、24b以开始使焊接夹具10在图1和图3所示的y方向上移动。焊接站51也可以开始在y方向上移动，并且可以按照图7所示的固定距离紧紧地跟随焊接夹具10。当焊接夹具10沿工件36的长度前进时，压力辊42a、42b可以沿支撑台50滚动，并且将工件36的相应部分强有力地固定到支撑台50上，同时，焊接头紧紧地跟随在压力辊42a、42b后面并且沿接缝52将工件36焊接在一起。因此，继续固定工件36的正被焊接的部分，并且当焊接头进行焊接时，防止该部分翘曲或者移出位置。无需在开始焊接之前将工件36完全夹紧在适当的位置，便可实现，而这对于其它焊接夹具则是必要的。因此，要了解，本公开的焊接夹具10需要较少的设置，并且可以被非常快地调节以适应各种焊接应用。

如本文所使用的，不应该将以单数形式提及并且以词语“一”或者“一个”继续的元件或者步骤理解为排除复数个元件或者步骤，除非明确地提及到该排除。另外，对本发明的“一个实施例”的提及并不是旨在被解释为排除也包含所提及的特征的其它实施例的存在。

虽然本文已经描述了本公开的某些实施例，但是本公开并不限于此，因为意在使本公开的范围如本领域将允许的那样广泛并且同样地理解本说明书。因此，以上描述不应被认为是限制性的，而只是作为对特定实施例的阐释。本领域的技术人员在随附权利要求书的范围和精神内将想到其它修改。

Claims (20)

1.一种用于在摩擦搅拌焊接期间固定工件的夹具，所述夹具包括：

可移动龙门架，所述可移动龙门架配置为设置在待连接的第一工件和第二工件上方；以及

压力单元，所述压力单元附接至所述龙门架并且配置为在摩擦搅拌焊接操作期间将力可控地施加至所述第一工件和所述第二工件。

2.根据权利要求1所述的夹具，其中，所述龙门架包括：由第一垂直支撑构件和第二垂直支撑构件支撑的第一主梁。

3.根据权利要求2所述的夹具，其中，所述压力单元通过轴承单元联接至所述主梁，所述轴承单元配置为允许调节所述压力单元相对于所述龙门架的角定向。

4.根据权利要求2所述的夹具，其中，所述压力单元包括：呈纵向隔开的关系悬挂在所述龙门架上的多个压力单元。

5.根据权利要求2所述的夹具，其进一步包括：由第三垂直支撑构件和第四垂直支撑构件支撑的第二主梁，所述第二主梁与其呈平行关系地连接至所述第一主梁。

6.根据权利要求5所述的夹具，其中，所述压力单元包括：呈纵向隔开的关系悬挂在所述第一主梁上的多个前压力单元、以及呈纵向隔开的关系悬挂在所述第二主梁上的多个后压力单元。

7.根据权利要求1所述的夹具，其中，所述压力单元包括：具有可垂直移动的活塞的线性致动器，所述线性致动器配置为将垂直力可控地施加在所述工件上。

8.根据权利要求7所述的夹具，其进一步包括：可旋转地安装到所述活塞的下端的一对压力辊。

9.根据权利要求1所述的夹具，其中，所述龙门架由电机驱动滑架支撑，所述电机驱动滑架配置为使所述龙门架在焊接方向上可控地移动。

10.根据权利要求1所述的夹具，其进一步包括：附接至所述龙门架的焊接站，所述焊接站包括相对于焊接方向定位在所述压力单元后面的焊接头。

11.根据权利要求10所述的夹具，其中，所述焊接头包括多个纵向隔开的焊接头。

12.一种用于在摩擦搅拌焊接期间固定工件的方法，所述方法包括：

将龙门架定位在第一工件和第二工件上方；

通过使用附接至所述龙门架的压力单元来将力施加至所述第一工件和所述第二工件；

使所述龙门架在所述第一工件和第二工件上方移动，同时维持所述压力单元与所述第一工件和所述第二工件之间的啮合；以及

当所述龙门架移动时，对所述工件进行摩擦搅拌焊接。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述的将所述力施加至所述第一工件和所述第二工件的步骤包括：将所述压力单元的活塞降低，由此使安装到所述活塞的下端的压力辊与工件接触。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述的将所述龙门架定位在所述第一工件和所述第二工件上方的步骤包括：将所述龙门架移动至所述龙门架的主梁定位在所述第一工件和所述第二工件上方并且压力单元悬挂在所述第一工件和所述第二工件上方的位置。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述的使所述龙门架在所述第一工件和所述第二工件上方移动的步骤包括：使所述整个龙门架相对于所述第一工件和所述第二工件在焊接方向上移动。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述焊接步骤包括：沿接缝将所述第一工件和所述第二工件摩擦搅拌焊接在一起。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，通过使用相对于焊接方向设置在所述压力单元后面的摩擦搅拌焊接头来将所述第一工件和所述第二工件焊接在一起。

18.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：调节所述压力单元相对于所述龙门架的纵向位置。

19.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：调节所述压力单元相对于所述龙门架的角定向。

20.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：通过使侧支撑架移动以与所述第一工件和所述第二工件啮合，来固定所述第一工件和所述第二工件的侧向位置。