CN107398633B - 一种具备冷却效果的搅拌摩擦焊接的装置 - Google Patents

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Abstract

一种具备冷却效果搅拌摩擦焊接的装置，包括被焊材料、底板、固定压板、主挡板、侧挡板和搅拌头，所述被焊材料设置有两块，两块被焊材料相互对接的布置在底板上，每块被焊接材料在与另一块被焊接材料对接的一端分别通过固定压板压牢，所述固定压板的前后两端分别通过固定螺栓固定在底板上，每块被焊接材料的另一端分别通过夹具定位；两块固定压板相对的一侧分别设有主挡板，所述主挡板的下端通过紧定螺钉锁紧在固定压板上，所述主挡板的上部设置为用于阻挡冷却液的弧形，两块主挡板的弧形部的凹面分别朝向被焊接材料布置，两块主挡板的前后两端分别设有侧挡板。本发明提供一种可在持续冷却作用下进行搅拌的具备冷却效果的搅拌摩擦焊接的装置。

Description

一种具备冷却效果的搅拌摩擦焊接的装置
技术领域
本发明属金属材料加工领域，涉及一种具备冷却效果的搅拌摩擦焊接的装置。
背景技术
搅拌摩擦焊是一种纯机械的固相连接技术，具有焊接性能好、低缺陷、高强度以及环保等特点，特别适用于铝合金、镁合金等低熔点金属材料的焊接，在船舶、汽车和航空航天等领制造领域具有广阔的应用前景。但是搅拌摩擦焊过程中产生了大量的摩擦热及塑性变形热，使焊接接头晶粒组织粗化长大和一些强化相的溶解，从而产生热软化效应，降低了焊接接头的抗拉强度、显微硬度等力学性能，导致接头强度低于母材。
为了解决搅拌摩擦焊的热软化效应，国内外学者尝试采用冷却介质对焊接过程中的工件进行实时冷却，通过水下进行搅拌摩擦焊接，在一定程度上改善了焊接接头强度、硬度等力学性能，弱化热软化效应，提高了焊接接头质量。但在水直接接触环境下会使焊接过程更加复杂，容易产生吸氢缺陷以及腐蚀，影响焊接接头质量。
发明内容
为解决常规搅拌摩擦焊产生的热软化效应和避免水浸搅拌摩擦焊引起的吸氢、腐蚀的影响，本发明提供一种可在持续冷却作用下进行搅拌的具备冷却效果的搅拌摩擦焊接的装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具备冷却效果搅拌摩擦焊接的装置，包括被焊材料、底板、固定压板、主挡板、侧挡板和搅拌头，所述被焊材料设置有两块，两块被焊材料相互对接的布置在底板上，每块被焊接材料在与另一块被焊接材料对接的一端分别通过固定压板压牢，所述固定压板的前后两端分别通过固定螺栓固定在底板上，每块被焊接材料的另一端分别通过夹具定位；两块固定压板相对的一侧分别设有主挡板，所述主挡板的下端通过紧定螺钉锁紧在固定压板上，所述主挡板的上部设置为用于阻挡冷却液的弧形，两块主挡板的弧形部的凹面分别朝向被焊接材料布置，两块主挡板的前后两端分别设有侧挡板，所述侧挡板为弧形，两块侧挡板的弧形部的凹面均朝向被焊接材料布置且其左右两端可拆卸的安装在两块主挡板上；
两块固定压板之间设有搅拌区，两块主挡板与两块侧挡板将搅拌区围起，所述搅拌头布置在搅拌区内；
所述固定压板与被焊接材料之间设有用于防止冷却液流入搅拌区的密封垫片，所述底板在沿着焊接方向上开有用于冷却液流过并贯穿的孔洞；
在搅拌摩擦焊接过程中，冷却液喷射机构将冷却液喷射到两块主挡板的凹面侧上，同时冷却液也会在底板的孔洞中流通。
进一步，所述侧挡板的下端面与底板接触，所述侧挡板的左右两端面与被焊接材料接触；所述主挡板在凸侧面一侧的前后两端分别设有卡环和卡块，所述侧挡板的左右两端分别设有卡钩，所述卡钩穿过卡环并卡钩在卡块上。
再进一步，所述密封垫片为可承受高温的硅胶垫片或柔性石墨垫片。
本发明的有益效果主要表现在：
在搅拌摩擦焊接过程中，主挡板、固定压板和密封垫片通过螺栓固定在搅拌区两侧的被焊材料上，远离搅拌区的被焊材料边角附近安装有夹具，保证焊材被焊材料各个方向自由度得到约束；焊接过程中冷却液随搅拌头移动喷射在主挡板或被焊材料上，同时冷却液流经底板的孔洞，以此冷却液在不接触搅拌区的前提下达到冷却被焊材料的作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的装配示意图。
图3为本发明的俯视图。
图4为本发明的侧挡板与主挡板配合示意图。
图5为本发明的夹具示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图5，一种具备冷却效果搅拌摩擦焊接的装置，包括被焊材料2、底板1、固定压板4、主挡板5、侧挡板6和搅拌头9，所述被焊材料2设置有两块，两块被焊材料相互对接的布置在底板1上，每块被焊接材料在与另一块被焊接材料对接的一端分别通过固定压板4压牢，所述固定压板4的前后两端分别通过固定螺栓10固定在底板1上，每块被焊接材料的另一端分别通过夹具7定位；两块固定压板相对的一侧分别设有主挡板5，所述主挡板5的下端通过紧定螺钉8锁紧在固定压板4上，所述主挡板5的上部设置为用于阻挡冷却液的弧形，两块主挡板的弧形部的凹面分别朝向被焊接材料布置，两块主挡板的前后两端分别设有侧挡板，所述侧挡板6为弧形，两块侧挡板的弧形部的凹面均朝向被焊接材料布置且其左右两端可拆卸的安装在两块主挡板上；
两块固定压板之间设有搅拌区，两块主挡板与两块侧挡板将搅拌区围起，所述搅拌头9布置在搅拌区内；
所述固定压板4与被焊接材料2之间设有用于防止冷却液流入搅拌区的密封垫片3，所述底板1在沿着焊接方向上开有用于冷却液流过并贯穿的孔洞；所述孔洞避开工装部位，减小对底板强度的影响；
在搅拌摩擦焊接过程中，冷却液喷射机构将冷却液喷射到两块主挡板的凹面侧上，同时冷却液也会在底板1的孔洞中流通。
进一步，所述侧挡板6的下端面与底板接触，所述侧挡板6的左右两端面与被焊接材料接触；所述主挡板5在凸侧面一侧的前后两端分别设有卡环和卡块，所述侧挡板6的左右两端分别设有卡钩，所述卡钩穿过卡环并卡钩在卡块上。
再进一步，所述密封垫片3为可承受高温的硅胶垫片或柔性石墨垫片。当然也可采用其他可承受高温的材质垫片。
本实施例中，底板1为特制的底板，所述主挡板5上端弯曲弧形，在不触碰搅拌头9的前提下固定在固定压板4上，用于隔离搅拌区和非搅拌区，同时所述主挡板5的前后两侧加工出特定卡环与卡块，与侧挡板6的卡钩配合，用于固定侧挡板6；所述侧挡板6的左右两端面与焊材接触，阻挡侧边流出的冷却液流入搅拌区；所述固定压板4固定在搅拌区两侧，用于约束焊材沿搅拌头方向的自由度，防止焊接过程中焊材受热翘曲变形；所述密封垫片3在高温环境下用于实现固定压板4与焊材间的密封，防止冷却液流入搅拌区；所述夹具配合固定压板4用于约束焊材所有方向的自由度。
本发明的使用方法：
焊前准备：底板1固定在工作台上，被焊材料通过固定压板4和若干夹具6固定在底板上1，且各方面自由度均被约束；固定压板4与被焊材料2之间有密封垫片3，主挡板5通过紧定螺钉7与固定压板4连接；最后通过固定螺栓9把固定压板4紧压在被焊材料2上。
焊接过程：搅拌头9沿着被焊材料2的对接面进行搅拌摩擦焊接。一方面，在主挡板5两侧，冷却液随着搅拌头9的移动在被焊位置外侧喷射冷却被焊材料2，如图1中被焊材料2上方箭头所示；另一方面，冷却液沿底板1的孔洞流通，如图1中指向底板孔洞的箭头所示，通过底板1达到进一步冷却被焊材料2的目的。在搅拌摩擦焊接过程中冷却液分别注入底板1上的孔洞和喷射在两块主挡板5的两侧，实现实时冷却作用。
本发明既能实现冷却效果又能避免搅拌区与冷却水接触。
本说明书实施方式所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.一种具备冷却效果搅拌摩擦焊接的装置，其特征在于：包括被焊材料、底板、固定压板、主挡板、侧挡板和搅拌头，所述被焊材料设置有两块，两块被焊材料相互对接的布置在底板上，每块被焊接材料在与另一块被焊接材料对接的一端分别通过固定压板压牢，所述固定压板的前后两端分别通过固定螺栓固定在底板上，每块被焊接材料的另一端分别通过夹具定位；两块固定压板相对的一侧分别设有主挡板，所述主挡板的下端通过紧定螺钉锁紧在固定压板上，所述主挡板的上部设置为用于阻挡冷却液的弧形，两块主挡板的弧形部的凹面分别背向搅拌区布置，两块主挡板的前后两端分别设有侧挡板，所述侧挡板为弧形，两块侧挡板的弧形部的凹面均朝向被焊接材料布置且其左右两端可拆卸的安装在两块主挡板上；
两块固定压板之间设有搅拌区，两块主挡板与两块侧挡板将搅拌区围起，所述搅拌头布置在搅拌区内；
所述固定压板与被焊接材料之间设有用于防止冷却液流入搅拌区的密封垫片，所述底板在沿着焊接方向上开有用于冷却液流过并贯穿的孔洞；
在搅拌摩擦焊接过程中，冷却液喷射机构将冷却液喷射到两块主挡板的凹面侧上，同时冷却液也会在底板的孔洞中流通。
2.如权利要求1所述的一种具备冷却效果搅拌摩擦焊接的装置，其特征在于：所述侧挡板的下端面与底板接触，所述侧挡板的左右两端面与被焊接材料接触；所述主挡板在凸侧面一侧的前后两端分别设有卡环和卡块，所述侧挡板的左右两端分别设有卡钩，所述卡钩穿过卡环并卡钩在卡块上。
3.如权利要求1或2所述的一种具备冷却效果搅拌摩擦焊接的装置，其特征在于：所述密封垫片为可承受高温的硅胶垫片或柔性石墨垫片。
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