CN107876963A - 带加热功能的搅拌摩擦焊工装 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带加热功能的搅拌摩擦焊工装，包括底座，所述底座上设置有用于安装待焊接工件的工件放置区，所述底座上位于工件放置区左右侧分别设置有侧向压紧机构，所述底座上位于工件放置区域前后方分别设置有端部压紧机构；在所述底座上还设置有多个用于压紧工件的纵向压紧机构，所述底座上设置有用于对待焊接工件背面进行加热的电加热元件。本发明，便于待焊接的左右工件在夹具上的安装固定，为了增大焊接工艺窗口，减小工件在厚度方向上的温度差异，提高厚板搅拌摩擦焊的焊接质量，在底座上预埋多个电加热元件，当焊接厚板时，将电加热元件通电，从而在焊接过程中对工件进行补充加热，减小焊缝厚度方向温度温差，提高焊接质量。

Description

带加热功能的搅拌摩擦焊工装

技术领域

本发明属于搅拌摩擦技术领域，涉及一种带加热功能的搅拌摩擦焊工装。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种固相焊接技术，尤其适用于轻合金焊接。与传统熔化焊相比，搅拌摩擦焊在焊接过程中不容易产生氢气孔、夹渣、热裂纹、大变形等缺陷，且可以实现难焊材料的连接。因此搅拌摩擦焊被称为是“继激光焊后又一项革命性的焊接技术”。它的工作原理是：高速旋转的搅拌头将搅拌针插入到待焊工件内，当待焊工件和搅拌头轴肩已经紧密地接触以后，搅拌头沿焊接方向与工件相对移动；搅拌头与工件之间的剧烈摩擦使焊接温度快速升高，焊缝区金属呈现热塑性状态，在搅拌针和轴肩的牵引、搅拌和挤压下形成致密、可靠的焊缝。为保证摩擦搅拌焊接的质量以及焊接过程中工件的稳定性，需要制作专门的夹具对工件进行刚性固定。

对于厚板搅拌摩擦焊而言，焊接工艺窗口较薄板而言要窄的多。这是因为搅拌摩擦焊接过程实际上是很繁杂的一个非稳态过程，会受到很多因素的干扰，直接影响到焊接接头质量。搅拌摩擦焊实质上是一个金属在摩擦搅拌作用下升温软化，发生超塑性流动，这就需要金属被充分地加热，流变阻力较小；而在搅拌摩擦焊过程中，焊缝流变区温度场的特点是上高下低、上宽下窄，即在焊缝厚度方向温度表现为上部高下部低，高温区表现为上部宽下部窄；沿焊缝厚度增加，流变区温度急剧下降，现有技术中在搅拌头上设置加热装置，不能解决根本问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种带加热功能的搅拌摩擦焊工装，便于搅拌摩擦焊工件的安装固定，并能在焊接过程中对工件进行补充加热，减小焊缝厚度方向温度温差，提高焊接质量。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下：

一种带加热功能的搅拌摩擦焊工装，包括底座，所述底座上设置有用于安装待焊接工件的工件放置区，所述底座上位于工件放置区左右侧分别设置有侧向压紧机构，所述底座上位于工件放置区域前后方分别设置有端部压紧机构；在所述底座上还设置有多个用于压紧工件的纵向压紧机构，所述底座上设置有用于对待焊接工件背面进行加热的电加热元件。

本发明，便于待焊接的左右工件在夹具上的安装固定，通过左右侧定位，前后端定位以及纵向的压紧，保证焊接过程中工件的稳定性，提高焊接质量。此外，为了增大焊接工艺窗口，减小工件在厚度方向上的温度差异，提高厚板搅拌摩擦焊的焊接质量，在底座上预埋多个电加热元件，当焊接厚板时，将电加热元件通电，从而在焊接过程中对工件进行补充加热，减小焊缝厚度方向温度温差，提高焊接质量。

进一步，所述底座底面开设有安装槽，所述电加热元件嵌入该安装槽内。通过底座传热至工件。

进一步，所述底座内开设有安装槽，底座上设置有用于封盖住所有安装槽的盖板，该盖板形成所述底座上表面的一部分，所述电加热元件设置在所述安装槽内，由所述盖板封盖。通过盖板传热至工件底部。

进一步，所述电加热元件为多个，在底座上沿焊缝走向分布，且各个电加热元件可单独控制。此外，为了精准加热和节约能源，这多个电加热元件可以独立控制，在使用过程中可以根据需要开启某一个或多个电加热元件，从而对待焊工件进行加热。加热温度和加热时间便于控制。

进一步，所述底座上设置有多个用于与机床工作台安装固定的固定孔。便于与机床工作台连接固定。

进一步，所述底座背面设置有用于与机床安装定位的定位键。便于与机床连接时的定位。

进一步，两个所述侧向压紧机构之间的相对距离可调。该结构能够适应不同宽度工件的装夹固定。

进一步，所述侧向压紧机构包括支撑板、侧压板、调节螺栓和第一压紧螺栓，所述支撑板安装在底座侧面，所述调节螺栓穿过所述支撑板抵在所述侧压板末端，所述侧压板上沿左右方向设置有第一调节孔，所述第一压紧螺栓竖向穿过所述第一调节孔和底座，用于将侧压板锁紧。

进一步，所述侧压板和对应的调节螺栓沿焊接方向布置为多组。从多个部位对工件进行压紧，保证装夹的稳定性。

进一步，所述工件放置区左右侧分别设置有多组纵向压紧机构，多组纵向压紧机构沿前后方向布置，所述纵向压紧机构包括压块和紧固螺栓组件，所述压块上沿左右方向设置有第二调节孔，所述紧固螺栓组件竖向穿过所述第二调节孔和底座，用于将压块锁紧。

左右侧的纵向压紧机构，分别用于压紧左右工件，并在焊接方向上实现多点压紧，保证装夹稳定，此外，通过第二调节孔可调整压块左右方向的位置，提高其适应性。

进一步，所述端部压紧机构包括可拆卸地安装在底座前后部的止挡件。

进一步，所述底座上位于工件放置区的前后侧分别沿左右方向开设有凹槽，所述止挡件为通过螺栓可拆卸地安装凹槽内的方键。

可拆卸式连接，在装入前拆下止挡件，避免产生干涉，工件装入后再安装止挡件对工件前后端定位；此外可拆卸式连接可以根据不同工件更换相应的止挡件，通过凹槽对止挡件进行安装和固定。

本发明的有益效果是：本发明，便于待焊接的左右工件在夹具上的安装固定，通过左右侧定位，前后端定位以及纵向的压紧，保证焊接过程中工件的稳定性，提高焊接质量。在焊接方向上实现多点压紧，保证装夹稳定，此外，可调节侧向压紧机构和纵向压紧机构的位置，能够适应不同宽度工件的装夹固定。为了增大焊接工艺窗口，减小工件在厚度方向上的温度差异，提高厚板搅拌摩擦焊的焊接质量，在底座上预埋多个电加热元件，当焊接厚板时，将电加热元件通电，从而在焊接过程中对工件进行补充加热，减小焊缝厚度方向温度温差，提高焊接质量。

附图说明

图1为本发明实施例1的立体图；

图2为本发明实施例1的主视图；

图3为图1的背面示意图(无电加热元件)；

图4为本发明实施例1中底座的主视图；

图5为图4中A-A向视图；

图6为本发明实施例2中底座的后视图；

图7为本发明实施例2中底座另一种结构的后视图；

图8为图7中B-B向的剖视图。

零件标号说明：

1-底座；11-固定孔；12-凹槽；13-第二螺孔；14-固定槽；15-第一螺孔；16-第三螺孔；21-支撑板；22-侧压板；23-调节螺栓；24-第一压紧螺栓；25-第一调节孔；31-压块；32-紧固螺栓组件；33-第二调节孔；4-止挡件；41-螺栓；5-定位键；61-电加热元件；62-盖板；63-安装槽；64-弹性支撑元件；65-安装槽；100-左工件；200-右工件。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

实施例1

如图1和图3所示，一种带加热功能的搅拌摩擦焊工装，包括底座1，底座1上设置有用于安装待焊接工件的工件放置区，其中待焊接工件包括左工件100和右工件200，所述底座1上位于工件放置区左右侧分别设置有侧向压紧机构，用于分别从侧面向中间压紧左工件100和右工件200，所述底座1上位于工件放置区域前后方分别设置有端部压紧机构，用于压紧和固定工件前后端；在底座1上还设置有多个用于压紧工件的纵向压紧机构，以使工件被压紧在底座1上。本例中是以直线焊缝为例，该工装同样适用于弧形或者其他异形焊缝。

通过上述结构，便于待焊接的左右工件200在夹具上的安装固定，通过左右侧定位，前后端定位以及纵向的压紧，保证焊接过程中工件的稳定性，提高焊接质量。

进一步地如图4和图5所示，为了增大焊接工艺窗口，减小工件在厚度方向上的温度差异，提高厚板搅拌摩擦焊的焊接质量，所述底座1内部设置有用于对待焊接工件背面进行加热的电加热元件61。在底座1上预埋多个电加热元件61，当焊接厚板时，将电加热元件61通电，从而在焊接过程中对工件进行补充加热，减小焊缝厚度方向温度温差，提高焊接质量。

本例中，进一步，所述底座1上部内开设有多个安装槽63，底座1上设置有用于封盖住所有安装槽63的盖板62，该盖板62形成所述底座1上表面的一部分，并与底座1上表面平齐，电加热元件61设置在所述安装槽63内，由所述盖板62封盖，通过盖板62传热至工件底部。。当安装槽63开设在底座1上部时，需采用盖板62将其封盖，盖板62的尺寸要足以覆盖整个焊缝周围，以避免熔化的工件经缝隙流入安装槽63。

作为优选，所述电加热元件61为多个，在底座1上沿焊缝走向分布，且各个电加热元件61可单独控制。此外，为了精准加热和节约能源，这多个电加热元件61可以独立控制，在使用过程中可以根据需要开启某一个或多个电加热元件61，从而对待焊工件进行加热。加热温度和加热时间便于控制。

作为进一步的优选，为保证电加热元件61与盖板62良好的接触以实现导热，在安装槽63底部还可设置弹性支撑元件64，如弹簧等，以使电加热元件61保持与盖板62接触；当然，在安装槽63底部还可设置隔热层，以防止热量向底座1下部传递，提高热利用率。

其中，电加热元件61可以为加热棒、加热管、带有电阻丝的加热块等结构，电加热元件61由外部电源供电，通断可单个控制也可以一起控制。

作为优选，底座1上设置有多个用于与机床工作台安装固定的固定孔11。便于与机床工作台连接固定。为便于加工和安装，固定孔11设置在底座1的前后端部。其他实施方式中也可以在底座1中部设置固定孔11。

作为优选，两个所述侧向压紧机构之间的相对距离可调。该结构能够适应不同宽度工件的装夹固定。

具体地，侧向压紧机构包括支撑板21、侧压板22、调节螺栓23和第一压紧螺栓24，支撑板21安装在底座1侧面，调节螺栓23穿过所述支撑板21抵在所述侧压板22一端，侧压板22另一端抵在工件侧面。为便于调节，侧压板22上沿左右方向设置有第一调节孔25，底座1上设置有与第一压紧螺栓24对应的第一螺孔15，第一压紧螺栓24竖向穿过所述第一调节孔25和第一螺孔15，用于将侧压板22锁紧在底座1上。

作为优选，所述侧压板22和对应的调节螺栓23沿焊接方向布置为多组。从多个部位对工件进行压紧，保证装夹的稳定性。

作为优选，所述工件放置区左右侧分别设置有多组纵向压紧机构，多组纵向压紧机构沿前后方向均匀布置，纵向压紧机构包括压块31和紧固螺栓组件32，压块31上沿左右方向设置有第二调节孔33，底座1上设置有与紧固螺栓组件32对应的第二螺孔13，所述紧固螺栓组件32竖向穿过所述第二调节孔33和第二螺孔13，将压块31锁紧在底座1上。

左右侧的纵向压紧机构，分别用于压紧左右工件200，并在焊接方向上实现多点压紧，保证装夹稳定，此外，通过第二调节孔33可调整压块31左右方向的位置，提高其适应性。

作为优选，所述端部压紧机构包括可拆卸地安装在底座1前后部的止挡件4。

具体如图1、图2所示，所述底座1上位于工件放置区的前后侧分别沿左右方向开设有凹槽12，止挡件4为方键，凹槽12底部沿左右方向开设有多个第三螺孔16，方键上对应开设有安装孔，所述方键通过螺栓41可拆卸地安装凹槽12内，方键可以为一条或者两条。本例中为两条，两条方键之间有间隔，以避开焊接头的焊缝位置。

可拆卸式连接，在装入前拆下止挡件4，避免产生干涉，工件装入后再安装止挡件4对工件前后端定位；此外可拆卸式连接可以根据不同工件更换相应的止挡件4，通过凹槽12对止挡件4进行安装和固定。

如图3和图6所示，为便于与机床连接时的定位，底座1背面设置有用于与机床安装定位的定位键5。具体地，其中定位键5为两个，分别设置在底座1的前后部。本例中，底座1背面前后部开设有用于安装定位键5的固定槽14，定位键5通过螺钉安装在该固定槽14内。

实施例2

与实施例1的不同之处在于，本例中电加热元件61设置在底座1底面，如此设置结构更简单，便于加工；并且可以完全避免工件熔化后流入底座1内部的问题。

具体如图6所示，底座1底面开设有安装槽65，所述电加热元件61嵌入该安装槽内65，呈前后布置。通过底座1传热至工件。电加热元件61可以紧固在底座1上也可以由另设的底板封盖；其余结构与实施例1相同。

在另一实施方式中，电加热元件61也可以左右布置，如图7和图8所示。

综上，本发明，便于待焊接的左右工件在夹具上的安装固定，通过左右侧定位，前后端定位以及纵向的压紧，保证焊接过程中工件的稳定性，提高焊接质量。在焊接方向上实现多点压紧，保证装夹稳定，此外，压板和靠板都是可以根据工件尺寸进行移动的，方便进行各种尺寸、各种形状工件在二维平面上的搅拌摩擦焊接。背部设计有定位键，方便安装时精准定位，提高安装效率。待焊工件的四周都可以刚性固定，提高焊接质量。

在底座1上预埋多个电加热元件，当焊接厚板时，将电加热元件通电，从而在焊接过程中对工件进行补充加热，减小焊缝厚度方向温度温差，提高焊接质量。

此外，为了提高焊接工装的使用寿命，底座1在粗加工(预留大约1mm加工量)后进行调质处理，然后再进行精加工，并进行表面发黑处理。为了确保操作安全，锐角倒钝。底座1材料为45钢、Q235、20Cr、65Mn等。

任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种带加热功能的搅拌摩擦焊工装，包括底座，所述底座上设置有用于安装待焊接工件的工件放置区，其特征在于：所述底座上位于工件放置区左右侧分别设置有侧向压紧机构，所述底座上位于工件放置区域前后方分别设置有端部压紧机构；在所述底座上还设置有多个用于压紧工件的纵向压紧机构，所述底座上设置有用于对待焊接工件背面进行加热的电加热元件。

2.根据权利要求1所述的带加热功能的搅拌摩擦焊工装，其特征在于：所述底座底面开设有安装槽，所述电加热元件嵌入该安装槽内。

3.根据权利要求1所述的带加热功能的搅拌摩擦焊工装，其特征在于：所述底座内开设有安装槽，底座上设置有用于封盖住所有安装槽的盖板，该盖板形成所述底座上表面的一部分，所述电加热元件设置在所述安装槽内，由所述盖板封盖。

4.根据权利要求1或2或3所述的带加热功能的搅拌摩擦焊工装，其特征在于：所述电加热元件为多个，在底座上沿焊缝走向分布，且各个电加热元件可单独控制。

5.根据权利要求1所述的带加热功能的搅拌摩擦焊工装，其特征在于：所述底座背面设置有用于与机床安装定位的定位键。

6.根据权利要求1所述的带加热功能的搅拌摩擦焊工装，其特征在于：两个所述侧向压紧机构之间的相对距离可调；所述侧向压紧机构包括支撑板、侧压板、调节螺栓和第一压紧螺栓，所述支撑板安装在底座侧面，所述调节螺栓穿过所述支撑板抵在所述侧压板末端，所述侧压板上沿左右方向设置有第一调节孔，所述第一压紧螺栓竖向穿过所述第一调节孔和底座，用于将侧压板锁紧。

7.根据权利要求6所述的带加热功能的搅拌摩擦焊工装，其特征在于：所述侧压板和对应的调节螺栓沿前后方向布置为多组。

8.根据权利要求1所述的带加热功能的搅拌摩擦焊工装，其特征在于：所述工件放置区左右侧分别设置有多组纵向压紧机构，多组纵向压紧机构沿前后方向布置，所述纵向压紧机构包括压块和紧固螺栓组件，所述压块上沿左右方向设置有第二调节孔，所述紧固螺栓组件竖向穿过所述第二调节孔和底座，用于将压块锁紧。

9.根据权利要求1所述的带加热功能的搅拌摩擦焊工装，其特征在于：所述端部压紧机构包括可拆卸地安装在底座前后部的止挡件。

10.根据权利要求9所述的带加热功能的搅拌摩擦焊工装，其特征在于：所述底座上位于工件放置区的前后侧分别沿左右方向开设有凹槽，所述止挡件为通过螺栓可拆卸地安装凹槽内的方键。