CN108527237B - 一种搅拌摩擦焊断针提取装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空机械领域，特别涉及一种搅拌摩擦焊断针提取装置及方法。本发明通过在搅拌摩擦焊接过程中搅拌针折断被掩埋在焊缝中，先利用磁效应原理精确定位出搅拌针掩埋的具体位置，然后利用特制锥形风动铣刀在断针处剖出逐步向焊缝表面均匀过渡的沟槽，再配合使用松动簪使搅拌针松动，然后利用搅拌针提取器和搅拌针提取架的共同作用将松动的搅拌针从焊缝中拔出。再用工业酒精将抠针处清洗干净，焊接修复。本发明操作简单，实用性强，提高了零件的焊接修复质量，极大的方便了抠针的过程，提高了生产效率；整个过程中所用工具，包括我们自制的搅拌针提取器，都不需要很高的成本，所以经济性很高。

Description

一种搅拌摩擦焊断针提取装置及方法

技术领域

本发明属于航空机械领域，特别涉及一种搅拌摩擦焊断针提取装置及方法。

背景技术

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW)是英国焊接研究所于1991年发明的一种新型固相焊接技术。可以焊接传统熔焊难以焊接的金属，尤其在铝合金焊接方面，几乎可以焊接所有系列的铝合金。随着搅拌摩擦焊技术的推广，这项技术经过在中国十几年的发展已日趋完善，并成功应用于航空、航天、汽车、造船和高速铁路等诸多结构制造领域。由于7系材料所具有的焊接特性，不能采用传统的氩弧焊接，而采用熔焊则只能焊接厚度较大焊缝，对于厚度较薄的零件不宜使用，因此采用FSW方法对7系铝合金的焊接来说为最佳方案。但作为航空铝材的7系列铝合金为超硬铝合金，在搅拌摩擦焊焊接过程中，搅拌头焊接到一定长度后会不可避免地出现搅拌针折断的现象。搅拌头的搅拌针部分在焊接过程中除与焊缝内部金属产生摩擦，在提供部分热量来源的同时，还起到实现焊缝塑性材料的机械搅拌、使材料流动更为合理的作用，在整个过程中搅拌针的外形和尺寸在承受磨损变短的同时，还承受了较大的扭矩。搅拌针的折断不仅严重影响了生产效率，还对待焊零件的质量产生不良影响。搅拌摩擦焊焊接过程中搅拌针折断后提取断针和焊缝的修复是至今搅拌摩擦焊技术面临的两大难题。以前取针方法，不能用X射线等其他探测方法来确定断针的具体位置，原因是航空制造业中一些大型的形状复杂的零件加工精度要求高，在工装上只能一次焊接完成，不能拆卸，而工装会对射线探测造成干扰。只能采用传统的磁效应原理来确定断针位置，但是当零件焊缝厚度很薄时零件下方的工装同样会造成干扰。因而造成定位不准确，而精确的断针位置是保证上述最小创面的前提之一。因此断针位置的判定成为断针这一难题中的首要难点。而断针位置判定不准确会造成搅拌针取出后在焊道留下的创口面太大，因为7系铝合金只能采用FSW方法进行焊接，因此缺陷修复也只能采用该方法，而创面的大小决定了后续搅拌摩擦焊焊接修复过程的难易和零件的合格率。同时折断的搅拌针从零件焊缝取出的过程中，尤其是在不停地敲击使搅拌针松动过程中，很容易将从搅拌针上掉下的碎屑遗留在焊缝中，因搅拌针一般为硬质合金或高温合金材料所制成，若清理不净会造成夹渣缺陷，对零件的焊接质量造成不良影响。以前采用的修复方法为将折断的搅拌针从焊道取出，然后用MIG焊接填补创口，再用FSW方法修复，或填补创口后用比原轴肩尺寸大的搅拌头进行修复焊接，而作为7系铝合金材料且形状复杂的薄板零件，以上两种方法不适用或实施困难。由此可见，只有将取针后在焊道上留下的创面最小才能保证零件的焊接质量。

发明内容

发明目的：为了解决上述技术问题，提供了航空领域中对7系铝合金薄板形状复杂及焊接空间小的零件的一套快捷式搅拌摩擦焊提取方法，通过对磁体体积大小的精确控制，解决了以前搅拌摩擦焊断针情况下搅拌针精确位置的判定不准确和没有专业断针提取装置将折断的搅拌针抠出后焊道中易留下夹渣和创面过大的难题，避免了修复焊缝时造成缺陷致使零件报废。

技术方案：

一种搅拌摩擦焊断针提取装置，包括断针夹紧机构8，所述断针夹紧机构8包括两个把手21、两个钳头22、两个垫片23，两个把手21通过螺钉连接，并分别与两个钳头22连接，两个垫片23分别通过螺钉与两个钳头22连接；其特征在于所述提取装置还包括连接螺杆5、螺杆组件6、断针提取支架7和提取器提升螺母9；所述断针夹紧机构8的两个把手21上端各设置一通孔，在两个钳头端头部位修磨成与断针的锥形面配合的桃形空间，将螺杆组件6的螺杆穿过断针夹紧机构8两个把手21的通孔和连接螺杆5端头的孔将连接螺杆5和断针夹紧机构8连接，再将连接螺杆5的螺杆部分穿过断针提取支架7顶端的孔，将提取器提升螺母9旋入连接螺杆5。

所述连接螺杆5一端头带孔，螺杆直径小于断针提取支架7上顶端孔的直径，长度大于50mm，端头的孔为与断针夹紧机构8的通孔一致。

所述螺杆组件6由螺杆和螺母构成。

所述断针提取支架7形状为几字型，高度小于断针提取器连接螺杆5顶端到断针夹紧机构8钳口处的距离，顶部有一孔，孔径以连接螺杆5的螺纹端螺杆能穿过即可。

所述断针夹紧机构8由常用的8寸断线钳在钳口顶尖处修磨成与断针的锥形面配合的桃形空间，略大于搅拌针直径，再从断针夹紧机构把手1/2处将多余部分去除，在去除后的把手端头10mm处钻一通孔，大小与连接螺杆5螺纹连杆上的孔径一致，能使螺杆组件6中的螺杆穿过即可。

一种搅拌摩擦焊断针提取方法：

步骤一、将磁性断针定位装置置于零件10焊缝上表面2～3mm处，手持丝线2使强力磁铁1摆动并沿焊缝慢慢向前移动，在向前移动的过程中，焊缝中若存在断针或铁质异物，强力磁铁1会瞬间指向该处并将丝线绷直，此时将丝线2松开，强力磁铁1会立即吸附在焊缝处，则此位置即为搅拌针折断的具体位置，经过反复测试，该位置为断针的中心位置；

步骤二、以步骤一中所确定的搅拌针掩埋位置为圆心，根据搅拌针的尺寸确定出搅拌针的轮廓位置，在焊缝长度方向沿轮廓两边缘用特制锥形风动铣刀各剖出一个逐步向焊缝表面均匀过渡的船形沟槽；

步骤三、配合弧形松动簪敲击断针使折断的搅拌针松动；

步骤四、将断针提取装置置于断针位置上方，使断针提取支架7底面的两个支撑腿跨于零件断针处焊缝两侧，并与零件10表面贴实，将提取器提升螺母9退至连接螺杆5的螺纹顶端，使断针夹紧机构8下移到断针位置，用钳口将断针包裹，旋紧螺杆组件6，使得钳口将断针夹紧，旋紧提取器提升螺母9，将断针提取器提升，与断针提取支架7产生位移，将断针拔出；

步骤五、清洗船形沟槽；

步骤六、将与母材材料相同的创口形状材料填入缺陷部位，再用原规格搅拌头对此部位进行FSW修复过程，即完成焊接修复。

有益效果：与以前的技术方法相比，本发明具有突出的有益效果。通过精确控制磁铁体积、形状来保证灵敏度，利用摆动磁铁精确判定出搅拌针所处的位置，使焊缝表面的创面降低到最小，从而大大方便了后续的焊接过程；通过搅拌针提取器和搅拌针提取架的共同作用将折断的搅拌针整体从母材中拔出，有效地避免了敲击产生的碎屑，且使焊缝宽度方向上的创面尺寸为所取搅拌针尺寸，实现了创面的最小化，不仅保证了零件的焊接质量，还缩短了抠针的周期。本方法操作简单，实用性强，提高了零件的焊接修复质量，使零件的焊后修复合格率达到99％以上，且极大的方便了抠针的过程，提高了生产效率；整个过程中所用工具，包括我们自制的搅拌针提取器，都不需要很高的成本，所以经济性很高。

附图说明

图1为搅拌摩擦焊断针处理流程图；

图2为磁性断针定位装置结构示意图，

其中，1-强力磁铁，2-丝线；

图3为锥形特制风动铣刀示意图；

图4为弧形松动簪外形示意图；

图5为断针提取装置三维结构示意图，

其中，5-连接螺杆，6-螺杆组件，7-断针提取支架，8-断针夹紧机构，9-提取器提升螺母；

图6为断针提取器支架三维结构示意图；

图7为断针夹紧机构结构示意图；

图8为连接螺杆结构示意图；

图9为本发明在提取断针时的剖面示意图，

其中，10-已焊零件，11-折断在焊道中的搅拌针。

具体实施方式

结合附图1～9对本发明做进一步详细说明：

本方法包括磁性断针定位装置、锥形特制风动铣刀3、弧形松动簪4和搅拌摩擦焊断针提取装置。其中，磁性断针定位装置由强力磁铁1和丝线2组成，搅拌摩擦焊断针提取装置由连接螺杆5、螺杆组件6、断针提取支架7、断针夹紧机构8和提取器提升螺母9。断针夹紧机构8包括两个把手21、两个钳头22、两个垫片23，两个把手21通过螺钉连接，并分别与两个钳头22连接，两个垫片23分别位于断针夹紧机构8两面，分别通过螺钉与两个钳头22连接。其特征在于所述提取装置包括连接螺杆5、螺杆组件6、断针提取支架7和提取器提升螺母9；所述断针夹紧机构8的两个把手21上端各设置一通孔，在两个钳头端头部位修磨成与断针的锥形面配合的桃形空间，将螺杆组件6的螺杆穿过断针夹紧机构8两个把手21的通孔和连接螺杆5端头的孔将连接螺杆5和断针夹紧机构8连接，将螺杆组件6的螺母旋入螺杆，再将连接螺杆5的螺杆部分穿过断针提取支架7顶端的孔，将提取器提升螺母9旋入连接螺杆5。

本发明通过螺杆组件6的螺母旋紧，使得断针夹紧机构的钳口处将断针夹紧，再旋转连接螺杆5上螺杆处的提取器提升螺母9，使得与断针提取支架7底部产生位移从而将断针拔出。

一种搅拌摩擦焊断针提取方法：

步骤一、将图2磁性断针定位装置置于零件10焊缝上表面2～3mm处，手持丝线2使强力磁铁1摆动并沿焊缝慢慢向前移动，在向前移动的过程中，焊缝中若存在断针或铁质异物，强力磁铁1会瞬间指向该处并将丝线绷直，此时将丝线2松开，强力磁铁1会立即吸附在焊缝处，则此位置即为搅拌针折断的具体位置，经过反复测试，该位置为断针的中心位置；

步骤二、以步骤一中所确定的搅拌针掩埋位置为圆心，根据搅拌针的尺寸确定出搅拌针的轮廓位置，在焊缝长度方向沿轮廓两边缘用特制锥形风动铣刀各剖出一个逐步向焊缝表面均匀过渡的船形沟槽；

步骤三、配合弧形松动簪4敲击断针使折断在焊道中的搅拌针11松动；

步骤四、将图5断针提取装置置于断针位置上方，使断针提取支架7底面的两个支撑腿跨于零件断针处焊缝两侧，并与零件10表面贴实。将提取器提升螺母9退至连接螺杆5的螺纹顶端，使断针夹紧机构8下移到断针位置，用钳口将断针包裹，旋紧螺杆组件6，使得钳口将断针夹紧，旋紧提取器提升螺母9，将断针夹紧机构8提升，与断针提取支架7产生位移，将断针拔出；

步骤五、清洗船形沟槽；

步骤六、将与母材材料相同的创口形状材料填入缺陷部位，再用原规格搅拌头对此部位进行FSW修复过程，即完成焊接修复。

Claims (6)

1.一种搅拌摩擦焊断针提取装置，包括断针夹紧机构(8)，所述断针夹紧机构(8)包括两个把手(21)、两个钳头(22)、两个垫片(23)；两个把手(21)通过螺钉连接，并分别与两个钳头(22)连接，两个垫片(23)分别通过螺钉与两个钳头(22)连接；其特征在于所述提取装置还包括连接螺杆(5)、螺杆组件(6)、断针提取支架(7)和提取器提升螺母(9)；所述断针夹紧机构(8)的两个把手(21)上端各设置一通孔，在两个钳头端头部位修磨成与断针的锥形面配合的桃形空间，将螺杆组件(6)的螺杆穿过断针夹紧机构(8)两个把手(21)的通孔和连接螺杆(5)端头的孔将连接螺杆(5)和断针夹紧机构(8)连接，再将连接螺杆(5)的螺杆部分穿过断针提取支架(7)顶端的孔，将提取器提升螺母(9)旋入连接螺杆(5)。

2.如权利要求1所述的断针提取装置，其特征在于所述连接螺杆(5)一端头带孔，螺杆直径小于断针提取支架(7)上顶端孔的直径，长度大于50mm，端头的孔为与断针夹紧机构(8)的通孔一致。

3.如权利要求1所述的断针提取装置，其特征在于所述螺杆组件(6)由螺杆和螺母构成。

4.如权利要求1或2或3所述的断针提取装置，其特征在于所述断针提取支架(7)形状为几字型，高度小于断针提取器连接螺杆(5)顶端到断针夹紧机构(8)钳口处的距离，顶部有一孔，孔径以连接螺杆(5)的螺纹端螺杆能穿过即可。

5.如权利要求4所述的断针提取装置，其特征在于所述断针夹紧机构(8)由常用的8寸断线钳在钳口顶尖处修磨成与断针的锥形面配合的桃形空间，略大于搅拌针直径，再从断针夹紧机构把手1/2处将多余部分去除，在去除后的把手端头10mm处钻一通孔，大小与连接螺杆(5)螺纹连杆上的孔径一致，能使螺杆组件(6)中的螺杆穿过。

6.一种搅拌摩擦焊断针提取方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、将磁性断针定位装置置于零件(10)焊缝上表面2～3mm处，手持丝线(2)使强力磁铁(1)摆动并沿焊缝慢慢向前移动，在向前移动的过程中，焊缝中若存在断针或铁质异物，强力磁铁(1)会瞬间指向该处并将丝线绷直，此时将丝线(2)松开，强力磁铁(1)会立即吸附在焊缝处，则此位置即为搅拌针折断的具体位置，经过反复测试，该位置为断针的中心位置；

步骤二、以步骤一中所确定的搅拌针掩埋位置为圆心，根据搅拌针的尺寸确定出搅拌针的轮廓位置，在焊缝长度方向沿轮廓两边缘用特制锥形风动铣刀各剖出一个逐步向焊缝表面均匀过渡的船形沟槽；

步骤三、配合弧形松动簪敲击断针使折断的搅拌针松动；

步骤四、将如权利要求1所述的断针提取装置置于断针位置上方，使断针提取支架(7)底面的两个支撑腿跨于零件断针处焊缝两侧，并与零件(10)表面贴实，将提取器提升螺母(9)退至连接螺杆(5)的螺纹顶端，使断针夹紧机构(8)下移到断针位置，用钳口将断针包裹，旋紧螺杆组件(6)，使得钳口将断针夹紧，旋紧提取器提升螺母(9)，将断针提取器提升，与断针提取支架(7)产生位移，将断针拔出；

步骤五、清洗船形沟槽；

步骤六、将与母材材料相同的创口形状材料填入缺陷部位，再用原规格搅拌头对此部位进行FSW修复过程，即完成焊接修复。

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