CN106735855A - 一种适用于转子类产品的新型摩擦焊接方法及工具 - Google Patents
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Abstract
一种适用于转子类产品的新型摩擦焊接方法及工具，其实现方法是在待焊工件的待焊界面放置一个可同时实现旋转和进给运动的焊接工具，该焊接工具在动力装置带动下旋转的同时对待焊工件施加压力，通过摩擦和剧烈塑性变形产生的热量使被焊工件的材料达到塑化状态，同时在焊接工具的挤压作用下实现对待焊工件的有效锻压，最终实现高质量的固相连接。通过此方法可以大幅提高转子类零件的焊接效率，降低待焊工件因采用传统熔焊而产生较大变形及未焊合等缺陷，而且本焊接方法在生产过程中，无需添加焊丝、焊膏等焊接材料和使用气体保护，可显著提升产品焊接效率和焊接质量，此外焊接过程无飞溅、无弧光、无辐射，是一种绿色环保的先进焊接技术。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体是涉及一种适用于转子类结构热塑性材料连接的新型摩擦焊接方法及工具，尤其适用于鼠笼式电动机转子两端金属板与金属柱之间的连接。
背景技术
电动机转子是电动机的关键部件，转子的焊接质量直接影响电动机的性能，所以对电动机转子的焊接可靠性要求很高。以往的鼠笼式转子类零件采用的都是熔焊方法，焊接难度大，对材料性能要求高，焊接技术复杂，焊接变形大，焊后容易出现虚焊、裂纹、气孔等缺陷，且焊接过程产生大量烟尘和辐射，焊接环境恶劣，严重影响焊接工人的身心健康。采用摩擦焊接方法可以有效地解决上述问题，摩擦焊是被焊工件材料与工具摩擦或者被焊工件之间直接接触且相对运动，在辅助设备连续驱动作用下通过摩擦产生热量使焊接处材料达到热塑性状态，再在挤压作用下实现固相连接。搅拌摩擦焊是使用搅拌头作为摩擦介质，利用高速旋转的搅拌头插入待焊接区域，利用搅拌头与工件之间的摩擦和剧烈塑性变形产生的热量，使搅拌区域内的待焊材料处于热塑性状态，再在搅拌针和轴肩对待焊材料的摩擦、搅拌和挤压作用下实现固相连接。线性和惯性摩擦焊通过两种被焊材料之间的摩擦，使被焊材料达到热塑性状态，再在顶锻压力作用下实现接头的固相连接。本发明既不同于搅拌摩擦焊接方法，也不同于以往的摩擦焊方法。本发明涉及的针对转子类的新型摩擦焊接方法，既不是工件与工件间摩擦，焊接工具也无需插入工件，而是焊接工具通过连接驱动装置与工件间产生的摩擦热量，使材料达到塑性状态，再在焊接工具的挤压作用下实现零件间的固相连接。该焊接方法焊接后接头内无裂纹、气孔和虚焊等缺陷，同时能有效地减小转子类零件的焊接变形，且焊接过程无需气体保护、不产生烟尘和辐射等危害物质。
发明内容
本发明的目的在于针对熔化焊存在的问题和不足，提供一种结构简单、使用安全可靠，操作简易，可实现无气孔、裂纹、未焊合的摩擦焊，方便实现环形或圆形工件的焊接，大幅提高转子类产品焊接效率的新型摩擦焊接方法及工具。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的适用于转子类产品的新型摩擦焊接方法，其特点是包括以下步骤：
步骤一：将焊接工具通过其夹持柄连接在焊接设备的动力装置上；
步骤二：将待焊工件安装固定在夹具上，并将焊接工具的摩擦面置于待焊工件的待焊处；
步骤三：启动焊接设备，焊接工具在焊接设备的动力装置的带动下高速旋转并沿焊接工具的轴向移动，通过焊接工具的摩擦面高速旋转与待焊工件的待焊处摩擦生热，使待焊工件位于待焊处的部位达到塑化状态，塑化后的材料在焊接工具的摩擦面的旋转挤压作用下实现融合，形成致密的连接接头，从而实现待焊工件的固相连接。
在焊接过程中，根据待焊工件的厚度变化，可以使用不同尺寸的焊接工具或调整焊接工具的转速、压下速度、停留时间，以实现不同厚度待焊工件的焊接。而且，在焊接过程中，焊接工具的摩擦面与待焊工件的待焊处的切线垂直。
所述焊接工具的摩擦面上设置有用于增大摩擦系数及促进材料融合度的结构体。而且，所述结构体既可以设置为螺旋线型结构、渐开线型结构、同心环型结构、点状结构中的一种或几种的组合，也可以设置为不规则结构。
所述焊接工具的摩擦面的宽度等于或大于待焊工件焊缝的宽度。
所述待焊工件的待焊处材料可以是同质，也可以是异质。
本发明所述的适用于转子类产品的新型摩擦焊接工具，包括焊接工具本体，其特点是：所述焊接工具本体包括夹持柄及固定设置在夹持柄下端的摩擦头，所述摩擦头的下端面为摩擦面，所述焊接工具本体通过夹持柄与焊接设备的动力装置连接且在焊接设备的动力装置的带动下高速旋转并沿焊接工具本体的轴向移动。
其中，所述摩擦面上设置有用于增大摩擦系数及促进材料融合度的结构体。而且，所述结构体既可以设置为螺旋线型结构、渐开线型结构、同心环型结构、点状结构中的一种或几种的组合，也可以设置为不规则结构。
所述摩擦头的形状及尺寸根据待焊工件的待焊处的形状及尺寸进行相应设置。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明是在待焊接材料界面放置一个可同时实现旋转和进给运动的工具，通过动力装置带动焊接工具旋转的同时对待焊工件的待焊区域施加压力，通过摩擦和剧烈塑性变形产热使待焊区域的材料达到塑化状态，塑化材料由焊接工具带动混合并产生移动，同时在焊接工具摩擦面的挤压作用下实现对待焊区域塑性材料的有效锻压，最终实现固相连接。待焊材料可以是同质，也可以是异质，通过此方法可以大幅提升圆形或环形工件结构的焊接效率，如鼠笼式转子类零件的焊接，降低待焊工件的变形以及避免裂纹、气孔或未焊合等缺陷，且焊接过程无需气体保护、不产生烟尘和辐射等危害物质。此方法焊接过程中焊接工具与待焊材料表面夹角为零，可以通过对焊接工具摩擦面结构进行调整来适当增加焊接厚度。也可以通过改变摩擦头的大小实现不同尺寸工件的焊接。此焊接方法与搅拌摩擦焊接相比，焊接过程中摩擦头无须插入待焊工件内，对待焊工件材料不需要进行搅拌，焊接工艺简单、易操作。与惯性摩擦焊接相比，此焊接方法待焊工件无须转动，焊接过程中焊接工具转动，焊接成本低，焊接效率高。与熔焊相比，此焊接方法可有效避免气孔、裂纹、夹杂、未熔合等缺陷的产生。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1 为本发明的焊接结构示意图。
图2 为本发明新型摩擦焊工具的结构示意图。
图3 为本发明新型摩擦焊工具的摩擦面设有螺旋线结构的示意图。
图4 为本发明新型摩擦焊工具的摩擦面设置渐开线结构的示意图。
图5 为本发明新型摩擦焊工具的摩擦面设有同心环结构的示意图。
图6 为典型鼠笼式转子类零件的剖面结构示意图。
具体实施方式
如图1-图5所示，本发明所述的新型摩擦焊接工具，包括焊接工具本体，所述焊接工具本体包括：夹持柄1、摩擦头2、摩擦面3，其中所述摩擦头2固定连接在夹持柄1的下端，摩擦头与夹持柄在加工过程中可以加工成一体，也可以加工成分体式采用螺纹或其他方式连接，摩擦头2的下端面为摩擦面3。所述焊接工具本体通过夹持柄1与焊接设备的动力装置连接且在焊接设备的动力装置的带动下高速旋转并沿焊接工具的轴向移动，即焊接工具的轴心线为转轴，焊接工具绕其转轴高速旋转的同时，沿其轴心线轴向移动而靠近待焊工件4的待焊处5，从而对待焊工件的待焊区域施加压力，这样就能够通过摩擦和剧烈塑性变形产热使待焊区域的材料达到塑化状态。其中，为了使摩擦头2的适应性强，所述摩擦头2的大小及形状可以随着待焊接工件4的大小及形状任意改变。同时，为了进一步提高焊接效果，所述摩擦面3上设置有用于增大摩擦系数及促进材料融合度的结构体6。该结构体6可以是流线形结构体，也可以是点状结构体，还可以是其它不规则形状的结构体。其中，流线形结构体可以设置为螺旋线型结构（如图3所示）、渐开线型结构（如图4所示）、同心环型结构（如图5所示）、涡状线结构或其它流线形结构。而点状结构体通常是设置成点阵的形式。而且，结构体6通常为凹槽。并且，摩擦面3上设置的结构体6可以是多种形状的组合，例如螺旋线型结构与同心环型结构的组合。当采用流线形结构时，有利于提高材料的流动强度，根据待焊工件的结构特征引导材料流向指定位置。而且，采用流线形结构有利于增大焊接工具与待焊材料间的摩擦系数，从而增加接头焊缝深度。此外，根据待焊工件4的待焊处5的被焊厚度，可以适当调整结构体6的深度、数量以及流线距离等参数，该结构体与被焊材料的结构特征、物理属性等相关。
通过本发明所述的焊接工具进行焊接：
首先，将焊接工具通过其夹持柄1连接在焊接设备的动力装置上；
其次，将待焊工件4安装固定在工装夹具上，并将焊接工具的摩擦面3置于焊接工件4的待焊处5；
随后，启动焊接设备，焊接工具在焊接设备的动力装置的带动下高速旋转并沿焊接工具的轴向移动，通过控制焊接工具的摩擦头2的旋转速度及沿轴向的进给量，使摩擦面3与待焊工件4的待焊处摩擦产生热量，从而使待焊工件4位于待焊处的材料达到塑化状态，且塑化后的材料在摩擦头2的挤压作用下实现融合，最终实现待焊工件4待焊处的固相连接。
为了使焊接工具的适应性强，并进一步提高焊接效果，在焊接过程中，根据待焊工件4的厚度变化，可以使用不同尺寸的焊接工具或调整焊接工具的转速、压下速度、停留时间，以实现不同厚度待焊工件4的焊接。而且，在焊接过程中，焊接工具的摩擦面3与待焊工件4的待焊处5的切线垂直。并且，焊接工具的摩擦面3的宽度等于或大于待焊工件4焊缝的宽度。
由于焊接工具的摩擦面3与待焊工件4的接触面即为待焊处5，在焊接过程中待焊工件4固定不动，通过焊接工具4的旋转摩擦和挤压共同作用下实现焊接，焊接过程简单、易操作、生产效率极高，且焊接接头致密。
此外，通过本发明所述的焊接工具及焊接方法，既可以实现待焊工件4待焊处同质的焊接，也可以实现待焊工件4待焊处异质的焊接。
本发明特别适合焊接如图6所示的鼠笼式转子，该转子由若干硅钢片10同轴叠加而成，且叠加在一起的若干硅钢片10上沿轴向穿置有若干待焊圆柱9。采用本发明进行焊接，转子的上端和下端对应设置有转子上待焊面7和转子下待焊面8，将本发明所述焊接工具的摩擦面3置于转子的待焊面处，通过摩擦面3的旋转摩擦和挤压共同作用下而使待焊圆柱9伸出待焊面的两端与待焊面连接在一起，即完成转子的焊接过程。
本发明是通过实施实例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于转子类产品的新型摩擦焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：将焊接工具通过其夹持柄（1）连接在焊接设备的动力装置上；
步骤二：将待焊工件（4）安装固定在夹具上，并将焊接工具的摩擦面（3）置于待焊工件（4）的待焊处（5）；
步骤三：启动焊接设备，焊接工具在焊接设备的动力装置的带动下高速旋转并沿焊接工具的轴向移动，通过焊接工具的摩擦面（3）高速旋转与待焊工件（4）的待焊处（5）摩擦生热，使待焊工件（4）位于待焊处（5）的部位达到塑化状态，塑化后的材料在焊接工具的摩擦面（3）的旋转挤压作用下实现融合，形成致密的连接接头，从而实现待焊工件（4）的固相连接。
2.根据权利要求1所述的新型摩擦焊接方法，其特征在于：所述焊接工具的摩擦面（3）上设置有用于增大摩擦系数及促进材料融合度的结构体（6）。
3.根据权利要求2所述的新型摩擦焊接方法，其特征在于：所述结构体（6）既可以设置为螺旋线型结构、渐开线型结构、同心环型结构、点状结构中的一种或几种的组合，也可以设置为不规则结构。
4.根据权利要求1所述的新型摩擦焊接方法，其特征在于：在焊接过程中，根据待焊工件（4）的厚度变化，可以使用不同尺寸的焊接工具或调整焊接工具的转速、压下速度、停留时间，以实现不同厚度待焊工件（4）的焊接。
5.根据权利要求1所述的新型摩擦焊接方法，其特征在于：在焊接过程中，焊接工具的摩擦面（3）与待焊工件（4）的待焊处（5）的切线垂直。
6.根据权利要求1所述的新型摩擦焊接方法，其特征在于：所述待焊工件（4）的待焊处（5）材料可以是同质，也可以是异质。
7.一种应用于上述任一权利要求所述方法中的新型摩擦焊接工具，包括焊接工具本体，其特征在于：所述焊接工具本体包括夹持柄（1）及固定设置在夹持柄（1）下端的摩擦头（2），所述摩擦头（2）的下端面为摩擦面（3），所述焊接工具本体通过夹持柄（1）与焊接设备的动力装置连接且在焊接设备的动力装置的带动下高速旋转并沿焊接工具本体的轴向移动。
8.根据权利要求7所述的新型摩擦焊接工具，其特征在于：所述摩擦面（3）上设置有用于增大摩擦系数及促进材料融合度的结构体（6）。
9.根据权利要求8所述的新型摩擦焊接工具，其特征在于：所述结构体（6）既可以设置为螺旋线型结构、渐开线型结构、同心环型结构、点状结构中的一种或几种的组合，也可以设置为不规则结构。
10.根据权利要求7所述的新型摩擦焊接工具，其特征在于：所述摩擦头（2）的形状及尺寸根据待焊工件（4）的待焊处（5）的形状及尺寸进行相应设置。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Effective date of registration: 20180626 Address after: 101117 east fruit garden, Tongzhou District, Tongzhou District, Beijing, 13 floor 1307 Applicant after: FIRST WAY TECHNOLOGY DEVELOPMENT (BEIJING) Co.,Ltd. Address before: 510651 Changxin Road, Tianhe District, Guangzhou, Guangdong Province, No. 363 Applicant before: Guangdong Welding Institute (China-Ukraine E.O. Paton Institute of Welding) |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200511 Address after: C-16, floor 1, building 2, No. 88, Qin'an street, Xiaokunshan Town, Songjiang District, Shanghai Applicant after: Foxway welding technology (Shanghai) Co.,Ltd. Address before: 101117 13, 1307, East orchard garden, Tongzhou District, Beijing, 1307. Applicant before: FIRST WAY TECHNOLOGY DEVELOPMENT (BEIJING) Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170531 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |