CN107824955A - 一种用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的工具和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的工具和方法，包括底座、连接在底座上的高度调节机构、连接在高度调节机构上而通过该高度调节机构调节上下移动的间距定位装置及与间距定位装置相连接的电流测量装置，所述间距定位装置包括上接触片、下接触片及与上接触片和下接触片相连接的用于调节下接触片上下移动的距离调节机构，所述距离调节机构上连接有与上接触片和下接触片相接触的线性电阻。采用本发明可以快速地测量两轴肩之间的距离，在调整搅拌头间距时可以实时的读取数据，省去了重复测量及计算的过程；在对搅拌头位置进行定位时，可以快速找到上轴肩位置，一步到位。本发明省略了传统方法中计算和多步测量的步骤，可以大大的简化焊前准备工作，提高工作效率。

Description

一种用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的工具和方法

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊接技术领域，具体是涉及一种用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的工具和方法。

背景技术

搅拌摩擦焊是1991年英国焊接技术研究所TWI开发的一种固相焊接技术，传统的搅拌摩擦焊技术过程中存在较大的段压力，需要进行严格的工装和背部的刚性支撑，极大地限制了其应用。双轴肩搅拌摩擦焊是传统搅拌摩擦焊的一种补充，搅拌头分别有上下轴肩，下轴肩代替了传统搅拌摩擦焊的背部刚性支撑，且双轴肩搅拌摩擦焊可以彻底解决根部未焊透或根部弱连接的问题。

搅拌摩擦焊经过多年的发展，目前已经在轨道交通、汽车制造、航空航天等领域已经有了广泛的应用，而双轴肩搅拌摩擦焊在铝合金型材的车体侧墙中已经得到了实际应用。相对于传统的熔化焊接，搅拌摩擦焊以其较低的热输入、焊接变形小、接头强度高等优势在很多领域越来越被重视，而且相对于传统的搅拌摩擦焊双轴肩搅拌摩擦焊克服了需要刚性背部支撑的限制，并且解决了焊缝根部未焊透或弱连接的问题，扩展了其应用范围，目前日本日立、日本轻金属集团、美国MTS、瑞典ESAB、中国航天设备总厂等国内外许多公司都对双轴肩搅拌摩擦焊进行了立项研究。

双轴肩搅拌摩擦焊焊接过程中涉及的几个重要参数为：主轴转速、焊接速度、轴肩距离以及搅拌头位置等。针对轴肩距离及搅拌头位置，目前采用的测量及定位方式为：（1）测量搅拌头上端部到上轴肩的距离及搅拌头上端部到下端部的距离，其差值为搅拌头下端部到上轴肩的距离Ａ１；（２）测量搅拌头下端部到下轴肩的距离Ａ２，则Ａ１－Ａ２为双轴肩搅拌头上下轴肩的间距，焊接前，需要根据板材的实际厚度多次调整上下轴肩的距离至合适位置，此过程中每次调整都需要进行上述步骤（１）和步骤（２）的测量过程；在确定上下轴肩距离后，需要调整搅拌头位置使轴肩中心位置与板材中心位置对齐，目前焊接过程中的主要步骤为（３）先用一个厚度为A３的标准块，使其分别与板材上表面与搅拌头末端接触，（４）将搅拌头下降距离A３＋A１＋（A板材厚度－A１＋A２）／２，此时即为搅拌头轴肩中心与板材中心重合位置。这种测量及定位方式，在轴肩距离测量及搅拌头位置定位方面需要花费较多的时间，在实际生产过程中会大大降低生产效率。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的工具和方法，能够快速对双轴肩搅拌头轴肩间距进行测量及对搅拌头位置进行快速定位，节约焊接前准备时间，提高生产效率。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的工具，其特点是：包括底座、连接在底座上的高度调节机构、连接在高度调节机构上而通过该高度调节机构调节上下移动的间距定位装置及与间距定位装置相连接的电流测量装置，其中所述间距定位装置包括上接触片、下接触片及与上接触片和下接触片相连接的用于调节下接触片上下移动的距离调节机构，所述距离调节机构上连接有与上接触片和下接触片相接触的线性电阻，所述电流测量装置具有显示屏、指示灯、开关A、开关B、开关C、接口A、接口B和接口C，所述接口A与线性电阻的下端电连接并通过开关A控制其电路的通断，所述接口B与线性电阻的上端电连接并通过开关B控制其电路的通断，所述接口C与待焊板材的下表面电连接并通过开关C控制其电路的通断，所述高度调节机构和距离调节机构上设有绝缘涂层。

其中，所述高度调节机构包括可转动地连接在底座上的高度调节螺杆及固定在高度调节螺杆上端的旋钮，所述高度调节螺杆从下接触片上开设的通孔中穿过并与上接触片螺纹连接。

所述距离调节机构包括可转动地连接在上接触片上的距离调节螺杆及固定在距离调节螺杆下端的手柄，所述距离调节螺杆与下接触片螺纹连接，所述线性电阻镶嵌在距离调节螺杆内。

所述上接触片比下接触片长。

所述上接触片和下接触片采用电阻小的铜合金制成。

所述上接触片和下接触片均为拨叉形结构。

本发明所述用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、测量待焊板材的厚度：关闭开关C，接通开关A和开关B，转动手柄及旋钮来调整上接触片与下接触片的距离，将双轴肩搅拌头的搅拌针放入上接触片和下接触片的凹口处，转动手柄使上接触片与下接触片分别与双轴肩搅拌头的上下轴肩接触，读取显示屏上的数据T1，此读数为待焊板材的实际厚度；

步骤二、测量并调整双轴肩搅拌头上下轴肩的距离：关闭开关C，接通开关A和开关B，转动旋钮使上接触片与待焊板材的上表面接触，并转动手柄使下接触片与待焊板材的下表面接触，读取显示屏上的数据T2，根据数据调整双轴肩搅拌头上下轴肩的距离，直至T1-T2=H，H=0～0.5；

步骤三、调整双轴肩搅拌头至预定位置：关闭开关A，接通开关B和开关C，将接口C通过导线与待焊板材的下表面接通，转动旋钮使上接触片与待焊板材的上表面接触，转动手柄使下接触片与待焊板材的下表面接触，直至指示灯亮起时停止；

步骤四、调整双轴肩搅拌头至焊接位置：转动旋钮使双轴肩搅拌头的高度位置下降距离为(T2-T1)/2，此时双轴肩搅拌头的两轴肩中心位置与待焊板材的中心位置重合。

本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：

采用本发明对搅拌头上下轴肩的距离进行测量时，可以快速地测量两轴肩之间的距离，在调整搅拌头间距时可以实时的读取数据，省去了重复测量及计算的过程；在对搅拌头位置进行定位时，可以快速找到上轴肩位置，一步到位。本发明省略了传统方法中计算和多步测量的步骤，可以大大的简化焊前准备工作，提高工作效率。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的使用状态结构示意图。

具体实施方式

如图1-图2所示，本发明所述的用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的工具，包括底座5、连接在底座5上的高度调节机构、连接在高度调节机构上而通过该高度调节机构调节上下移动的间距定位装置及与间距定位装置相连接的电流测量装置9。其中，所述间距定位装置包括上接触片1、下接触片3及与上接触片1和下接触片3相连接的用于调节下接触片3上下移动的距离调节机构，所述上接触片1和下接触片3均为拨叉形结构，并采用电阻小的铜合金制成，而且所述上接触片1沿拨叉开口方向的长度比下接触片3长。所述距离调节机构上连接有与上接触片1和下接触片3相接触的线性电阻7，所述电流测量装置9具有显示屏10、指示灯11、开关A12、开关B13、开关C14、接口A15、接口B16和接口C17，所述接口A15与线性电阻7的下端通过导线电连接并通过开关A12控制其电路的通断，所述接口B16与线性电阻7的上端通过导线电连接并通过开关B13控制其电路的通断，所述接口C17与待焊板材18的下表面通过导线电连接并通过开关C14控制其电路的通断，通过电流测量装置9内部的转换电路可以将电流大小转换为上接触片1与下接触片3之间的距离大小。所述线性电阻7的电阻大小与其两端导线之间接通的距离成正比，电阻的改变通过下接触片3的移动与线性电阻7接触点不同而实现。

同时，在本实施方式中，所述高度调节机构包括可转动地连接在底座5上的高度调节螺杆4及固定在高度调节螺杆4上端的旋钮2，所述高度调节螺杆4从下接触片3上开设的通孔中穿过并与上接触片1螺纹连接。所述距离调节机构包括可转动地连接在上接触片1上的距离调节螺杆6及固定在距离调节螺杆6下端的手柄8，所述距离调节螺杆6与下接触片3螺纹连接，所述线性电阻7镶嵌在距离调节螺杆6内。所述高度调节螺杆4和距离调节螺杆6上设有绝缘涂层，从而使两螺杆与上接触片1和下接触片3不连通导电。此外，高度调节机构和距离调节机构也可以由气缸组成，其中用于驱动间距定位装置上下移动的气缸的缸体固定在底座5上，其活塞杆穿过下接触片3上开设的通孔而与上接触片1固定连接；用于驱动下接触片3上下移动的气缸的缸体则固定在上接触片1上，其活塞杆与下接触片3固定连接，线性电阻7的上端固定在该气缸的缸体上。而且，两个气缸的活塞杆均设有绝缘涂层。

本发明利用上述结构的工具实现双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的方法，包括以下步骤：

步骤一、测量待焊板材的厚度：关闭开关C14，接通开关A12和开关B13，转动手柄8及旋钮2来调整上接触片1与下接触片3的距离，将双轴肩搅拌头19的搅拌针放入上接触片1和下接触片3的凹口处，转动手柄8使上接触片1与下接触片3分别与双轴肩搅拌头19的上下轴肩接触，读取显示屏10上的数据T1，此读数为待焊板材18的实际厚度；

步骤二、测量并调整双轴肩搅拌头上下轴肩的距离：关闭开关C14，接通开关A12和开关B13，转动旋钮2使上接触片1与待焊板材18的上表面接触，并转动手柄8使下接触片3与待焊板材18的下表面接触，读取显示屏10上的数据T2，根据数据调整双轴肩搅拌头19上下轴肩的距离，直至T1-T2=H，H=0～0.5；

步骤三、调整双轴肩搅拌头至预定位置：关闭开关A12，接通开关B13和开关C14，将接口C17通过导线与待焊板材18的下表面接通，转动旋钮2使上接触片1与待焊板材18的上表面接触，转动手柄8使下接触片3与待焊板材18的下表面接触，直至指示灯11亮起时停止；

步骤四、调整双轴肩搅拌头至焊接位置：转动旋钮2使双轴肩搅拌头19的高度位置下降距离为(T2-T1)/2，此时双轴肩搅拌头19的两轴肩中心位置与待焊板材18的中心位置重合。

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

将名义厚度为4mm的6063铝合金采用双轴肩搅拌摩擦焊，焊接前需要将双轴肩搅拌头上下轴肩间距调整至小于其实际厚度0.2mm，且需要将上下轴肩的中心与板材的中心对齐进行焊接。焊接过程具体步骤如下：

步骤一、关闭开关C14，接通开关A12和开关B13，分别调整旋钮2和手柄8移动上接触片1与下接触片3，使上接触片1与板材的上表面接触，下接触片3与板材的下表面接触，读取显示屏10上的数据3.8mm，此读数为板材的实际厚度；

步骤二、关闭开关C14，接通开关A12和开关B13，转动手柄8及旋钮2调整上接触片1与下接触片3的距离，将双轴肩搅拌头的搅拌针放入上接触片1与下接触片3的凹口处，调整手柄8使上接触片1与下接触片3分别与双轴肩搅拌头的上下轴肩接触，读取显示屏10上的数据T2，根据数据调整双轴肩搅拌头上下轴肩的距离，直至其读数为3.6mm；

步骤三、关闭开关A12，接通开关B13及开关C14，将接口C17通过导线与板材的下表面接通，调整旋钮2使上接触片1与板材的上表面接触，调整手柄8使下接触片3与板材的下表面接触，直至指示灯11亮起时停止；

步骤四、调整双轴肩搅拌头位置，使其高度位置下降距离为0.1mm，此时双轴肩搅拌头的两轴肩中心位置与板材的中心位置重合。

步骤五、按照设定的主轴转速700r/min，焊接速度100mm/min，启动焊机进行焊接。

本发明是通过实施例来描述的，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 (7)

1.一种用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的工具，其特征在于：包括底座（5）、连接在底座（5）上的高度调节机构、连接在高度调节机构上而通过该高度调节机构调节上下移动的间距定位装置及与间距定位装置相连接的电流测量装置（9），其中所述间距定位装置包括上接触片（1）、下接触片（3）及与上接触片（1）和下接触片（3）相连接的用于调节下接触片（3）上下移动的距离调节机构，所述距离调节机构上连接有与上接触片（1）和下接触片（3）相接触的线性电阻（7），所述电流测量装置（9）具有显示屏（10）、指示灯（11）、开关A（12）、开关B（13）、开关C（14）、接口A（15）、接口B（16）和接口C（17），所述接口A（15）与线性电阻（7）的下端电连接并通过开关A（12）控制其电路的通断，所述接口B（16）与线性电阻（7）的上端电连接并通过开关B（13）控制其电路的通断，所述接口C（17）与待焊板材（18）的下表面电连接并通过开关C（14）控制其电路的通断，所述高度调节机构和距离调节机构上设有绝缘涂层。

2.根据权利要求1所述用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的工具，其特征在于：所述高度调节机构包括可转动地连接在底座（5）上的高度调节螺杆（4）及固定在高度调节螺杆（4）上端的旋钮（2），所述高度调节螺杆（4）从下接触片（3）上开设的通孔中穿过并与上接触片（1）螺纹连接。

3.根据权利要求1所述用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的工具，其特征在于：所述距离调节机构包括可转动地连接在上接触片（1）上的距离调节螺杆（6）及固定在距离调节螺杆（6）下端的手柄（8），所述距离调节螺杆（6）与下接触片（3）螺纹连接，所述线性电阻（7）镶嵌在距离调节螺杆（6）内。

4.根据权利要求1所述用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的工具，其特征在于：所述上接触片（1）比下接触片（3）长。

5.根据权利要求1所述用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的工具，其特征在于：所述上接触片（1）和下接触片（3）采用电阻小的铜合金制成。

6.根据权利要求1所述用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的工具，其特征在于：所述上接触片（1）和下接触片（3）均为拨叉形结构。

7.一种用于双轴肩搅拌摩擦焊测量及定位的方法，该方法采用了上述任一权利要求所述的工具，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、测量待焊板材的厚度：关闭开关C（14），接通开关A（12）和开关B（13），转动手柄（8）及旋钮（2）来调整上接触片（1）与下接触片（3）的距离，将双轴肩搅拌头（19）的搅拌针放入上接触片（1）和下接触片（3）的凹口处，转动手柄（8）使上接触片（1）与下接触片（3）分别与双轴肩搅拌头（19）的上下轴肩接触，读取显示屏（10）上的数据T1，此读数为待焊板材（18）的实际厚度；

步骤二、测量并调整双轴肩搅拌头上下轴肩的距离：关闭开关C（14），接通开关A（12）和开关B（13），转动旋钮（2）使上接触片（1）与待焊板材（18）的上表面接触，并转动手柄（8）使下接触片（3）与待焊板材（18）的下表面接触，读取显示屏（10）上的数据T2，根据数据调整双轴肩搅拌头（19）上下轴肩的距离，直至T1-T2=H，H=0～0.5；

步骤三、调整双轴肩搅拌头至预定位置：关闭开关A（12），接通开关B（13）和开关C（14），将接口C（17）通过导线与待焊板材（18）的下表面接通，转动旋钮（2）使上接触片（1）与待焊板材（18）的上表面接触，转动手柄（8）使下接触片（3）与待焊板材（18）的下表面接触，直至指示灯（11）亮起时停止；

步骤四、调整双轴肩搅拌头至焊接位置：转动旋钮（2）使双轴肩搅拌头（19）的高度位置下降距离为(T2-T1)/2，此时双轴肩搅拌头（19）的两轴肩中心位置与待焊板材（18）的中心位置重合。