CN108213692B - 一种铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，铝合金框体包括水平板和竖直板，所述夹具包括支撑架和两个支撑箱，所述支撑架包括支撑面和支撑腿，所述支撑腿为可拆卸支撑腿，所述支撑箱设于所述支撑面的两侧，所述支撑箱包括箱体、定位机构、压紧机构、侧定位机构和侧夹紧机构，所述定位机构和所述压紧机构设于所述箱体的上表面，所述侧定位机构和所述侧夹紧机构设于所述箱体的侧面。焊接方法包括装夹水平板和竖直板、侧面夹紧、焊接和取出工件等步骤。本发明具有焊接变形小、装夹定位精准、焊后工件易取出且不易变形、焊接质量稳定、无需开坡口、无需留加工余量、加工成本低等优点。

Description

一种铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具及焊接方法

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊接技术领域，尤其涉及一种铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具及焊接方法。

背景技术

现有的铝合金框体生产工艺一般采用熔化焊进行各板之间的连接，熔化焊焊接变形大，需留较大的加工余量，对焊接环境、焊接人员的技能要求高，存在质量不稳定等不可避免的缺点，采用搅拌摩擦焊进行焊接，焊接变形小，残余应力小，可消除气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷，同时不产生弧光、烟尘、噪音等污染，产品的质量能得到大幅度的提高，但采用搅拌摩擦焊进行铝合金框体的焊接存在以下几个难点：由于铝合金框体结构的特点，如口字型的铝合金框体，装夹定位难，不易保证框体的精度，焊接后的零件不易取出，在搅拌摩擦焊过程中，容易出现未焊透的现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种焊接变形小、装夹定位精准、焊后工件易取出、焊接质量稳定的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具及焊接方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，铝合金框体包括水平板和竖直板，所述夹具包括支撑架和两个用于将所述水平板的端部紧贴所述竖直板的端部侧面装夹固定的支撑箱，所述支撑架包括支撑面和支撑腿，所述支撑腿为能够部分或全部拆卸供所述铝合金框体取出的可拆卸支撑腿，所述支撑箱设于所述支撑面的两侧，所述支撑箱包括箱体、用于对所述水平板定位并锁紧的定位机构、用于将所述水平板在竖直方向压紧的压紧机构、用于对所述竖直板定位并锁紧的侧定位机构和用于将所述竖直板紧贴所述水平板夹紧的侧夹紧机构，所述定位机构和所述压紧机构设于所述箱体的上表面，所述侧定位机构和所述侧夹紧机构设于所述箱体的侧面。

上述的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，优选的，所述支撑面包括固定支撑面和活动支撑面，两个所述支撑箱分设于所述固定支撑面和活动支撑面上，所述活动支撑面上设有用于调节所述支撑箱的位置的支撑箱导轨，所述支撑箱导轨的一侧设有对所述支撑箱的极限移动位置进行限位的限位组件。

上述的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，优选的，所述限位组件包括限位座和用于调节所述限位座和所述支撑箱之间距离的限位板，所述限位座固定设置于所述支撑面上，所述限位板设于所述限位座和所述支撑箱之间。

上述的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，优选的，所述定位机构为一对在所述水平板的两侧将水平板定位并锁紧的定位块，所述压紧机构为一对能从竖直方向将所述水平板压紧的压紧块，所述侧定位机构为一对在所述竖直板的两侧将竖直板定位并锁紧的侧定位块，所述定位机构、压紧机构和侧定位机构可拆卸安装于所述箱体上。

上述的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，优选的，所述侧夹紧机构包括紧压所述竖直板以将所述水平板和竖直板紧密贴合的挡板、带动所述挡板实现夹紧松开过程的靠板、用于将所述靠板与所述箱体连接的连接件和将处于夹紧状态的靠板锁紧的锁紧件，所述靠板的一端通过所述连接件与所述箱体铰接，所述靠板的另一端可通过所述锁紧件与所述箱体锁紧，所述挡板设于所述靠板上。

上述的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，优选的，所述侧夹紧机构包括压紧支座、紧压所述竖直板以将所述水平板和竖直板紧密贴合的压紧板、驱动所述压紧板松开或夹紧的施力装置，所述压紧支座和压紧板之间设有连接杆。

上述的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，优选的，所述支撑腿包括悬臂支撑和能够自由安装和拆卸的活动支撑，所述活动支撑设于所述悬臂支撑的悬臂的下方。

上述的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，优选的，所述支撑架还包括调节导轨，所述支撑腿设于所述调节导轨上并能沿所述调节导轨移动以调节支撑腿之间的距离。

一种使用上述的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具的焊接方法，包括以下步骤，

(a)装夹水平板和竖直板：将待焊接的水平板放置于所述支撑箱的顶部并用定位机构定位锁紧，然后用压紧机构将所述水平板沿竖直方向压紧，将待焊接的竖直板放置于所述支撑箱的两侧并用侧定位机构定位锁紧；

(b)侧面夹紧：驱动侧夹紧机构夹紧两侧的竖直板，使两侧的竖直板与水平板紧密贴合；

(c)搅拌摩擦焊接：用搅拌头对装夹好的水平板和竖直板进行搅拌摩擦焊；

(d)取出工件：焊接完成后松开侧夹紧机构、压紧机构、定位机构和侧定位机构，然后将所述支撑腿拆卸，将焊接后的工件从拆卸后的支撑腿处取出。

上述的焊接方法，优选的，所述步骤(d)之后还包括以下步骤，

(e)装夹另一端水平板和工件：将待焊接的水平板放置于所述支撑箱的顶部并用定位机构定位锁紧，然后用压紧机构将水平板沿竖直方向压紧，将步骤(d)中焊接完的工件以水平板在下的方式将两竖直板放置于所述支撑箱的两侧并用侧定位机构定位锁紧，最终形成框体结构；

(f)侧面夹紧：驱动侧夹紧机构夹紧两侧的竖直板，使两侧的竖直板与支撑箱顶部的水平板紧密贴合；

(g)搅拌摩擦焊接：用搅拌头对竖直板和支撑箱顶部的水平板进行搅拌摩擦焊；

(h)取出框体：焊接完成后松开侧夹紧机构、压紧机构、定位机构和侧定位机构，然后将所述支撑腿拆卸，将焊接得到的框体从拆卸后的支撑腿处取出。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，包括支撑架和两个支撑箱，支撑架包括支撑面和支撑腿，两个支撑箱设于支撑面的两侧，支撑腿为能部分或全部拆卸的可拆卸支撑腿，由于焊接后水平板和竖直板连成整体，可将支撑腿拆卸从缺口处将框体整体取出，取出容易且框架不易变形；支撑箱包括箱体、定位机构、压紧机构、侧定位机构和侧夹紧机构，定位机构和压紧机构设于箱体的上表面，定位机构能够将水平板在水平方向定位锁紧，压紧机构能够将水平板在竖直方向定位锁紧，进而保证水平板在焊接过程中被稳固固定，不会发生窜动影响焊接质量，侧定位机构和侧夹紧机构设于箱体的侧面，侧定位机构能够将竖直板定位并锁紧，防止焊接时因受力而产生松动、偏移甚至脱落，侧夹紧机构能够将竖直板和水平板稳固夹紧，保证焊接处板与板之间的紧密连接；本发明的焊接夹具结合框体结构的特点进行装夹固定，装夹定位精准，在水平和竖直方向均能有效防止焊接时的窜动。

本发明的焊接方法包括装夹水平板和竖直板、侧面夹紧、进行焊接和取出工件等步骤，配合焊接夹具使用得到的产品焊接变形小，焊接质量高、加工成本低，一次装夹能够焊接两条焊缝，工作效率高，焊后工件易取出、不变形，特别适用于搅拌摩擦焊，相比于熔化焊减小了90～99％的变形量，解决了传统熔化焊中变形大、质量不稳定、工件需开坡口并留较大加工余量、对焊接环境焊接人员技能要求高、加工成本高等问题。

附图说明

图1是铝合金框体的结构示意图。

图2是实施例1中焊接夹具的支撑架的结构示意图。

图3是实施例1中焊接夹具的支撑架的结构示意图(安装有支撑箱)。

图4是实施例1中焊接夹具的结构示意图(未装夹铝合金框体)。

图5是实施例1中焊接夹具的结构示意图(装夹铝合金框体)。

图6是实施例2中焊接夹具的支撑架的结构示意图。

图7是实施例2中焊接夹具的结构示意图(装夹铝合金框体)。

图例说明：

1、铝合金框体；11、水平板；12、竖直板；2、支撑架；21、支撑面；211、固定支撑面；212、活动支撑面；2121、支撑箱导轨；213、限位组件；2131、限位座；2132、限位板；22、支撑腿；221、悬臂支撑；222、活动支撑；23、调节导轨；3、支撑箱；31、箱体；32、定位机构；321、定位块；33、压紧机构；331、压紧块；34、侧定位机构；341、侧定位块；35、侧夹紧机构；351、挡板；352、靠板；353、连接件；354、锁紧件；355、压紧支座；356、压紧板；357、施力装置；358、连接杆。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

实施例1：

如图1至图5所示，本实施例的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，铝合金框体1包括两块水平板11和两块竖直板12，具体的，水平板11和竖直板12均为工字型板，夹具包括支撑架2和两个用于将水平板11的端部紧贴竖直板12的端部侧面装夹固定的支撑箱3，支撑架2包括支撑面21和支撑腿22，支撑腿22为能够部分或全部拆卸供铝合金框体1取出的可拆卸支撑腿22，支撑箱3设于支撑面21的两侧，支撑箱3包括箱体31、用于对水平板11定位并锁紧的定位机构32、用于将水平板11在竖直方向压紧的压紧机构33、用于对竖直板12定位并锁紧的侧定位机构34和用于将竖直板12紧贴水平板11夹紧的侧夹紧机构35，定位机构32和压紧机构33设于箱体31的上表面，侧定位机构34和侧夹紧机构35设于箱体31的侧面，该夹具结合了框体焊接的结构特点，将水平板11和竖直板12精准装夹，并从各个方向将其稳固固定防止窜动，可拆卸的支撑腿22便于焊后框体的取出，具有焊接变形小、质量高，焊后框体易取出、不易变形等优点。

本实施例中，支撑面21包括固定支撑面211和活动支撑面212，两个支撑箱3分设于固定支撑面211和活动支撑面212上，活动支撑面212上设有用于调节支撑箱3的位置的支撑箱导轨2121，支撑箱导轨2121的一侧设有对支撑箱3的极限移动位置进行限位的限位组件213。具体的，限位组件213包括限位座2131和用于调节限位座2131和支撑箱3之间距离的限位板2132，限位座2131固定设置于支撑面21上，限位板2132设于限位座2131和支撑箱3之间。由于板的尺寸存在公差，可以通过调节活动支撑面212的支撑箱3的位置实现微调，具体的，将支撑箱3在支撑箱导轨2121上滑动至合适位置，然后改变限位板2132的厚度如安装或者拆卸垫片，同时配合固定的限位座2131对支撑箱3限位以防止过渡移动，从而能适应小范围内的尺寸变化。

本实施例中，定位机构32为一对相互配合在水平板11的两侧将水平板11定位并锁紧的定位块321，压紧机构33为一对能从竖直方向将水平板11压紧的压紧块331，侧定位机构34为一对相互配合在竖直板12的两侧将竖直板12定位并锁紧的侧定位块341，定位机构32、压紧机构33和侧定位机构34可拆卸安装于箱体31上，定位块321、压紧块331和侧定位块341均为一对，设置一对受力均匀，定位压紧稳固，同时采用可拆卸的安装方式，一方面便于取出零件，另一方面可以快速改变调节安装位置以适用于不同宽度尺寸的板，并能重复利用，减少成本，使用灵活方便。

本实施例中，定位块321为L型，对于工字型的水平板11，L型的定位块321能与水平板11的形状契合，从前后左右四个方向将水平板11定位锁紧，进一步防止焊接时窜动，提高焊接质量。

本实施例中，侧夹紧机构35包括紧压竖直板12以将水平板11和竖直板12紧密贴合的挡板351、带动挡板351实现夹紧松开过程的靠板352、用于将靠板352与箱体31连接的连接件353和将处于夹紧状态的靠板352锁紧的锁紧件354，靠板352的一端通过连接件353与箱体31铰接，靠板352的另一端可通过锁紧件354与箱体31锁紧，挡板351设于靠板352上。具体的，连接件353为将靠板352的一端铰接于箱体31的轴销，锁紧件354为将靠板352的另一端锁紧于箱体31的轴销。挡板351能够压紧竖直板12并使其与水平板11紧密贴合以保证焊接质量，防止焊接变形，靠板352的一端铰接能够通过旋转快速松开靠板352，便于装夹板或者取下框体，当用锁紧件354将靠板352的另一端锁紧后，靠板352的两端均被固定无法旋转从而实现夹紧的功能，使用灵活方便，同时还可以根据竖直板12的厚度或所需夹紧程度调节挡板351在靠板352上的安装位置，适用范围广。

本实施例中，支撑腿22包括悬臂支撑221和能够自由安装和拆卸的活动支撑222，活动支撑222设于悬臂支撑221的悬臂的下方。具体的，活动支撑222包括支撑脚和垫块，垫块可以微调活动支撑222的高度，使支撑连接处更紧固。在施焊时，活动支撑222位于悬臂的下方，起到受力支撑的作用，焊接完成后，板连成了框体，无法以原来的方式拆卸下来，因此将活动支撑222拆卸留出缺口，供焊后框体取出，保证取下过程中框体不易变形。

实施例2：

本实施例的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具与实施例1基本相同，主要不同之处在于，如图6和图7所示，本实施例的支撑架2还包括调节导轨23，支撑腿22设于调节导轨23上并能沿调节导轨23移动以调节支撑腿22之间的距离。具体的，支撑腿22包括前支撑腿和后支撑腿，其中后支撑腿设于调节导轨23上，前支撑腿为能够自由安装和拆卸的可拆卸支撑腿。本实施例的支撑架2能使用于尺寸变化较大的板，尤其是长度变化较大的水平板11，当水平板11较长时，调大后支撑腿之间的距离，水平板11较短时，调小后支撑腿之间的距离，由于前支撑腿为可拆卸的，可根据后支撑腿的位置做相应的调节，实现对支撑面21的支撑，同时可拆卸的前支撑腿便于框体的整体取出。

本实施例与实施例1的另一个不同之处在于，本实施例的侧夹紧机构35包括压紧支座355、紧压竖直板12以将水平板11和竖直板12紧密贴合的压紧板356、驱动压紧板356松开或夹紧的施力装置357，压紧支座355和压紧板356之间设有连接杆358。具体的，连接杆358的一端与压紧板356固接，压紧支座355上设有供连接杆358贯穿插入的孔，施力装置357可以驱动压紧板356运动，由于连接杆358在压紧支座355的孔中，因此会起到导向定位的作用，保证运动过程的精度，提高侧向装夹工件的精度和效率。

上述两个实施例均采用如下的焊接方法，包括以下步骤，

(a)装夹水平板和竖直板：将待焊接的水平板11放置于支撑箱3的顶部并用定位机构32定位锁紧，然后用压紧机构33将水平板11沿竖直方向压紧，将待焊接的竖直板12放置于支撑箱3的两侧并用侧定位机构34定位锁紧；

(b)侧面夹紧：驱动侧夹紧机构35夹紧两侧的竖直板12，使两侧的竖直板12与水平板11紧密贴合；

(c)搅拌摩擦焊接：设定旋转主轴与焊接前进方向的夹角、搅拌头转速、匹配焊接速度等焊接参数，然后对装夹好的水平板11和竖直板12进行搅拌摩擦焊；

(d)取出工件：焊接完成后松开侧夹紧机构35、压紧机构33、定位机构32和侧定位机构34，然后将支撑腿22拆卸，将焊接后的工件从拆卸后的支撑腿22处取出；

(e)装夹另一端水平板和工件：将待焊接的水平板11放置于支撑箱3的顶部并用定位机构32定位锁紧，然后用压紧机构33将水平板11沿竖直方向压紧，将步骤(d)中焊接完的工件颠倒以水平板11在下的方式将两竖直板12放置于支撑箱3的两侧并用侧定位机构34定位锁紧，最终形成框体结构；

(f)侧面夹紧：驱动侧夹紧机构35夹紧两侧的竖直板12，使两侧的竖直板12与支撑箱3顶部的水平板11紧密贴合；

(g)搅拌摩擦焊接：设定旋转主轴与焊接前进方向的夹角、搅拌头转速、匹配焊接速度等焊接参数，再次对装夹好的工件进行搅拌摩擦焊；

(h)取出框体：焊接完成后松开侧夹紧机构35、压紧机构33、定位机构32和侧定位机构34，然后将支撑腿22拆卸，将焊接得到的框体从拆卸后的支撑腿22处取出。

使用上述焊接方法一次装夹能够焊接两道焊缝，两次装夹即可完成一个框体的焊接工作，且焊接变形小，框体易取出，搅拌摩擦焊较熔化焊小90～99％的变形量，且无需开坡口，无需留加工余量，操作方便，工作效率高。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，铝合金框体（1）包括水平板（11）和竖直板（12），其特征在于：所述夹具包括支撑架（2）和两个用于将所述水平板（11）的端部紧贴所述竖直板（12）的端部侧面装夹固定的支撑箱（3），所述支撑架（2）包括支撑面（21）和支撑腿（22），所述支撑腿（22）为能够部分或全部拆卸供所述铝合金框体（1）取出的可拆卸支撑腿（22），所述支撑箱（3）设于所述支撑面（21）的两侧，所述支撑箱（3）包括箱体（31）、用于对所述水平板（11）定位并锁紧的定位机构（32）、用于将所述水平板（11）在竖直方向压紧的压紧机构（33）、用于对所述竖直板（12）定位并锁紧的侧定位机构（34）和用于将所述竖直板（12）紧贴所述水平板（11）夹紧的侧夹紧机构（35），所述定位机构（32）和所述压紧机构（33）设于所述箱体（31）的上表面，所述侧定位机构（34）和所述侧夹紧机构（35）设于所述箱体（31）的侧面；

所述定位机构（32）为一对在所述水平板（11）的两侧将水平板（11）定位并锁紧的定位块（321），所述压紧机构（33）为一对能从竖直方向将所述水平板（11）压紧的压紧块（331），所述侧定位机构（34）为一对在所述竖直板（12）的两侧将竖直板（12）定位并锁紧的侧定位块（341），所述定位机构（32）、压紧机构（33）和侧定位机构（34）可拆卸安装于所述箱体（31）上；

所述侧夹紧机构（35）包括紧压所述竖直板（12）以将所述水平板（11）和竖直板（12）紧密贴合的挡板（351）、带动所述挡板（351）实现夹紧松开过程的靠板（352）、用于将所述靠板（352）与所述箱体（31）连接的连接件（353）和将处于夹紧状态的靠板（352）锁紧的锁紧件（354），所述靠板（352）的一端通过所述连接件（353）与所述箱体（31）铰接，所述靠板（352）的另一端可通过所述锁紧件（354）与所述箱体（31）锁紧，所述挡板（351）设于所述靠板（352）上；或者，所述侧夹紧机构（35）包括压紧支座（355）、紧压所述竖直板（12）以将所述水平板（11）和竖直板（12）紧密贴合的压紧板（356）、驱动所述压紧板（356）松开或夹紧的施力装置（357），所述压紧支座（355）和压紧板（356）之间设有连接杆（358）。

2.根据权利要求1所述的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，其特征在于：所述支撑面（21）包括固定支撑面（211）和活动支撑面（212），两个所述支撑箱（3）分设于所述固定支撑面（211）和活动支撑面（212）上，所述活动支撑面（212）上设有用于调节所述支撑箱（3）的位置的支撑箱导轨（2121），所述支撑箱导轨（2121）的一侧设有对所述支撑箱（3）的极限移动位置进行限位的限位组件（213）。

3.根据权利要求2所述的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，其特征在于：所述限位组件（213）包括限位座（2131）和用于调节所述限位座（2131）和所述支撑箱（3）之间距离的限位板（2132），所述限位座（2131）固定设置于所述支撑面（21）上，所述限位板（2132）设于所述限位座（2131）和所述支撑箱（3）之间。

4.根据权利要求1至3任一项所述的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，其特征在于：所述支撑腿（22）包括悬臂支撑（221）和能够自由安装和拆卸的活动支撑（222），所述活动支撑（222）设于所述悬臂支撑（221）的悬臂的下方。

5.根据权利要求1至3任一项所述的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具，其特征在于：所述支撑架（2）还包括调节导轨（23），所述支撑腿（22）设于所述调节导轨（23）上并能沿所述调节导轨（23）移动以调节支撑腿（22）之间的距离。

6.一种使用权利要求1至5任一项所述的铝合金框体的搅拌摩擦焊接夹具的焊接方法，其特征在于：包括以下步骤，

（a）装夹水平板（11）和竖直板（12）：将待焊接的水平板（11）放置于所述支撑箱（3）的顶部并用定位机构（32）定位锁紧，然后用压紧机构（33）将所述水平板（11）沿竖直方向压紧，将待焊接的竖直板（12）放置于所述支撑箱（3）的两侧并用侧定位机构（34）定位锁紧；

（b）侧面夹紧：驱动侧夹紧机构（35）夹紧两侧的竖直板（12），使两侧的竖直板（12）与水平板（11）紧密贴合；

（c）搅拌摩擦焊接：用搅拌头对装夹好的水平板（11）和竖直板（12）进行搅拌摩擦焊；

（d）取出工件：焊接完成后松开侧夹紧机构（35）、压紧机构（33）、定位机构（32）和侧定位机构（34），然后将所述支撑腿（22）拆卸，将焊接后的工件从拆卸后的支撑腿（22）处取出。

7.根据权利要求6所述的焊接方法，其特征在于：所述步骤（d）之后还包括以下步骤，

（e）装夹另一端水平板（11）和工件：将待焊接的水平板（11）放置于所述支撑箱（3）的顶部并用定位机构（32）定位锁紧，然后用压紧机构（33）将水平板（11）沿竖直方向压紧，将步骤（d）中焊接完的工件以水平板（11）在下的方式将两竖直板（12）放置于所述支撑箱（3）的两侧并用侧定位机构（34）定位锁紧，最终形成框体结构；

（f）侧面夹紧：驱动侧夹紧机构（35）夹紧两侧的竖直板（12），使两侧的竖直板（12）与支撑箱（3）顶部的水平板（11）紧密贴合；

（g）搅拌摩擦焊接：用搅拌头对竖直板（12）和支撑箱（3）顶部的水平板（11）进行搅拌摩擦焊；

（h）取出框体：焊接完成后松开侧夹紧机构（35）、压紧机构（33）、定位机构（32）和侧定位机构（34），然后将所述支撑腿（22）拆卸，将焊接得到的框体从拆卸后的支撑腿（22）处取出。