CN108637466A - 一种控制搅拌摩擦焊焊接变形的随焊电磁锤装置 - Google Patents

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马新蕊
孙宏宇
陈昱杉
彭勇
冯曰海
夏浩
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Abstract

本发明公开了一种降低搅拌摩擦焊焊接残余变形的随焊电磁锤装置，该装置包括控制设备、电磁锤击装置及安装夹具；锤击装置和控制设备置于套筒内，套筒用夹具固定在搅拌头的非旋转外侧壁上，套筒上部为控制装置，下部为锤击装置。锤击装置上端为电磁线圈，下端为锤杆，锤杆的下端和锤头以螺栓相连，锤杆的上部位于电磁线圈内。锤杆上的储能弹簧位于挡板和套筒下底面之间，挡板固定在套筒内壁的台阶上。控制设备以螺栓固定在套筒隔层上。该装置简单，锤击力和频率可调，随焊进行锤击可以有效的缓解搅拌摩擦焊的残余变形，对于搅拌摩擦焊在交通、航空航天领域薄板焊接方面的推广有重要意义。

Description

一种控制搅拌摩擦焊焊接变形的随焊电磁锤装置
技术领域
本发明属于焊接装置领域，具体为一种用于降低搅拌摩擦焊接残余变形的随焊电磁锤击装置。
背景技术
搅拌摩擦焊是英国焊接研究所1991年开发的新型固相连接技术，与传统焊接相比，焊接热输入低，焊件残余应力和残余变形都较小，焊缝内部无气孔、裂纹等缺陷，已经被广泛用于铝等低熔点轻金属的焊接，尤其在航空航天、汽车制造等领域。但对于铝、镁等轻金属薄壁结构的焊接，由于其自身变形抗力不足，搅拌摩擦焊焊件的变形问题依旧突出。因此控制搅拌摩擦焊薄壁焊接的残余变形成为研究热点。目前对于焊接变形的随焊控制方法主要有温差拉伸法，锤击法等。
能实现锤击的方案有很多，如机械锤击、电动锤击、气动锤击、电磁锤击等。机械锤击方式设备简单，但体积较大，需要较大的空间，不适合用于随焊锤击。电动锤击方式的频率可调性好，但设备庞大，安装时受工作台空间限制。气动锤击方式设备紧凑简单，专利201020248275.4公布了一种气动锤击方式，该发明是通过压缩气体作为动力来实现锤击的，该气锤壳体上部为减震部分，下部为传力部分，传力部分与锤头相连。气体传力部分的气缸上设有气流换向阀，通过气体和气体整流结构与气缸中的冲击活塞气动驱动连接，气流换向阀、气孔、气管及排气孔与气缸形成流入与排放气体通道。该方式证实能降低焊缝残余应力及变形，但存在着不易控制锤击力和锤击频率的问题。
结合上述内容，一种体积小、操作简单、锤击力和频率可调的锤击方式是随焊锤击所需要的。电磁锤击方式通过调节电磁线圈的电流大小和通断频率来实现锤击力和锤击频率的调节，该方法的控制电路简单，锤击力和频率分别控制。电磁锤随焊锤击法在熔焊方面已得到成功应用，广泛应用于具有直焊缝和封闭环焊缝的焊接工件，但在摩擦焊领域还很少见。
发明内容
本发明为解决搅拌摩擦焊在焊接薄壁工件时，由于薄板结构的残余变形不能满足工程需求，提出了一种适用于薄板的随焊电磁锤击装置及技术方案。该装置能独立调节锤击频率和锤击力度。
实现本发明提供一种控制搅拌摩擦焊焊接变形的随焊电磁锤装置的技术方案如下：
一种控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊电磁锤装置：该随焊电磁锤装置包括控制装置、执行部件和夹具三部分组成；所述的控制装置和执行部件均位于套筒内，通过夹具固定在摩擦焊机非旋转轴上；所述的套筒的上部为控制装置，下部为执行部件，电磁驱动的线圈位于执行部件的上部；
控制装置固定在套筒隔层上，电源电压经控制装置整流后在电磁线圈内形成通断电回路，周期性产生的电磁力带动执行部件的锤杆上下运动；
执行部件在纵向用第一挡板和第二挡板固定，所述的锤杆的上端位于电磁线圈中；锤杆下部的储能弹簧，位于第一挡板与套筒下底面之间；所述的第一挡板固定在套筒内台阶上。
进一步的，控制装置是由调压器T1、高压变压器T2、限流元件R、整流元件V和电容C组成的整流电路，通过改变电流大小和通断频率来改变锤击力和锤击频率。
进一步的，夹具由固定支架和支架组成；支架一端以两个长螺栓固定在摩擦焊焊机非旋转轴上，另一端与固定支架以螺栓连接。
进一步的，锤头的端面设置为中间凹两端凸状，与工件接触的边为圆弧过渡。
进一步的，控制装置，用四个内六角螺栓均匀固定在套筒隔层。
进一步的，锤杆的下端与锤头用螺栓连接，方便更换锤头。
进一步的，第一挡板通过四个螺栓定位。
本发明的相对于现有技术具有显著优点：1、在焊接薄壁工件的过程中，电磁锤随焊锤击焊缝，缓解残余应力和残余变形，有利于搅拌摩擦焊在铝、镁合金薄壁结构中的推广。2、本发明结构简单，便于维护和操作。
附图说明
图1是本发明装置的装配后的示意图。
图2是本发明装置的中的套筒剖面示意图。
图3是本发明装置的中的控制装置电路简图。
图4是本发明装置的中的锤头示意图。
图5是本发明装置的的夹具示意图。
1、垫片；2、套筒；3、非旋转轴；4、工作台；5、套筒；6、控制装置；7、控制装置底板；8、套筒凸台；9、第一挡板；10、静铁；11、第二挡板；12、储能弹簧；13、通孔；14、通孔；15、六角螺栓；16、螺栓；17、电磁线圈；18、锤杆；19、锤头；20、螺栓；21、固定支架；22、支架；23、长螺栓。
具体实施方式
结合图1说明，本实施方式所述一种适用于搅拌摩擦焊随焊电磁锤装置，包括控制装置、执行部件和夹具。套筒2通过夹具固定在摩擦焊机非旋转轴3上。在套筒2的上部为控制装置6，下部为执行部件。电磁驱动的线圈17位于执行部件上部。
控制装置6，其实是一个固定在底板上的整流电路，由调压器T1、高压变压器T2、限流元件R、整流元件V和电容C组成，由四个内六角螺栓15均匀固定在套筒隔层上。电源电压经T1、T2变压，再经整流元件V整流后，对高压电容C进行充放电。高压电容C作为电磁线圈17的电源，在电磁线圈17内形成通断电回路。
所述执行部件，由电磁线圈17、静铁10、储能弹簧12、锤杆18和锤头19组成。锤杆18的上端位于电磁线圈17中，锤杆18的下端与锤头19用螺栓连接，方便更换锤头；锤杆18下部的储能弹簧12，位于挡板11与套筒2下底面之间；挡板11固定在套筒内台阶上；执行部件在纵向用第一挡板9和第二挡板11固定，第一挡板9通过四个螺栓16定位。
所述夹具，由固定支架21和支架22组成；支架一端以两个长螺栓23固定在摩擦焊焊机非旋转轴3上，另一端与固定支架用螺栓20连接；固定支架21与套筒2螺栓连接处装有垫片1，便于调节纵向高度。
所述锤头19，端面为中间凹两端凸状，与工件接触的边为圆弧过渡；应力主要集中在热影响区，两边凸利于锤击该区域；且圆弧过渡的边移动阻力小，利于压断飞边。
具体工作原理如下：
在焊接过程中，控制装置接入220V交流电压，经过整流电路对电容充放电。电容放电时，电磁线圈通电，锤杆受电磁力向上运动，压缩储能弹簧，；电容充电时，电磁线圈断电，弹簧伸长释放储能，锤杆向下运动，产生锤击力，作用在焊缝区域；随后电磁线圈再充电，锤杆离开焊件。通过锤头的上下运动实现对焊件焊缝区域的锤击，缓解了焊接残余应力，降低残余变形。采用储能弹簧，既能起到储能作用，又能在锤头下压时起缓冲作用。
实施例
参看图1，在焊接过程中，搅拌摩擦焊设备对焊件进行焊接，电磁锤击装置在距搅拌头一定距离处随焊锤击，二者沿焊缝方向同步运动，降低焊缝的残余应力和残余变形。
参看图2，随焊电磁锤设备采用电磁驱动。电网供电经控制电路的变压、整流后对电容C进行充放电，电容放充电使电磁线圈17通断电；当电磁线圈通电时，锤杆18受磁场力向上运动压缩弹簧12；当电磁线圈断电时，弹簧12伸长释放储能，锤杆18不受电磁力向下运动并锤击焊缝；随后电磁线圈17再次充电，锤头19在锤杆18的带动下向上运动离开焊件。如此，锤头反复上下运动，对焊缝区域进行锤击，有效的减少了焊接残余应力，控制残余变形。其中储能弹簧，在起到储能作用之外，还起到锤击时缓冲作用。
参看图4，锤头19与锤杆18由螺丝固定在一起，作为整体起到传力作用；对于不同的焊缝，便于更换锤头。锤头设计成中间凹两边凸状，是考虑到搅拌摩擦焊焊缝形状及应力集中情况而设计的。中间凹的目的是锤击时迫使被锤击处金属向焊缝中心搅拌摩擦焊的应力集中主要集中在热影响区，两端凸可以有效的锤击该部位降低应力集中。
参看图5，夹具的支架部分固定在搅拌摩擦焊机非旋转轴上，固定支架与套筒螺栓连接。固定支架21与套筒2螺栓连接处装有垫片1，垫片1的厚度可更改，便于调节纵向高度。

Claims (7)

1.一种控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊电磁锤装置，其特征在于：该随焊电磁锤装置包括控制装置、执行部件和夹具三部分组成；所述的控制装置和执行部件均位于套筒内，通过夹具固定在摩擦焊机非旋转轴上；所述的套筒的上部为控制装置，下部为执行部件，电磁驱动的线圈位于执行部件的上部；
所述的控制装置固定在套筒隔层上，电源电压经控制装置整流后在电磁线圈内形成通断电回路，周期性产生的电磁力带动执行部件的锤杆上下运动；
所述的执行部件在纵向用第一挡板和第二挡板固定，所述的锤杆的上端位于电磁线圈中；锤杆下部的储能弹簧，位于第一挡板与套筒下底面之间；所述的第一挡板固定在套筒内台阶上。
2.根据权利要求1所述的控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊电磁锤装置，其特征在于：控制装置是由调压器T1、高压变压器T2、限流元件R、整流元件V和电容C组成的整流电路，通过改变电流大小和通断频率来改变锤击力和锤击频率。
3.根据权利要求1所述的控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊电磁锤装置，其特征在于：夹具由固定支架和支架组成；支架一端以两个长螺栓固定在摩擦焊焊机非旋转轴上，另一端与固定支架以螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊电磁锤装置，其特征在于：所述的锤头的端面设置为中间凹两端凸状，与工件接触的边为圆弧过渡。
5.根据权利要求1所述的控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊电磁锤装置，其特征在于：所述的控制装置，用四个内六角螺栓均匀固定在套筒隔层。
6.根据权利要求1所述的控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊电磁锤装置，其特征在于：所述的锤杆的下端与锤头用螺栓连接，方便更换锤头。
7.根据权利要求1所述的控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊电磁锤装置，其特征在于：所述的第一挡板通过四个螺栓定位。
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