CN109014561B - 一种超声波辅助的搅拌摩擦焊 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波辅助的搅拌摩擦焊，包括承重架、支撑臂和限位条，所述承重架的内部安装有液压缸，且承重架的上方从左到右安装有第一板面和第二板面，所述支撑臂侧面的上方固定有固定磁铁，所述限位条通过两侧的连接块与滑槽相互连接，所述第一板面和第二板面的上表面设置有触杆，且第一板面和第二板面的内部安装有金属片和电磁线圈，所述金属片的下方连接有导线，所述防护罩的下方固定有固定头，且固定头通过内侧表面固定的导热片与摩擦片相互连接，所述防护罩的内部固定有超声波发生器。该超声波辅助的搅拌摩擦焊，搅拌头转动时，焊头为固定状态，搅拌头将热量传递给焊头，搅拌头和焊头同时对板材进行热熔，提高了焊接的效率。

Description

一种超声波辅助的搅拌摩擦焊

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊技术领域，具体为一种超声波辅助的搅拌摩擦焊。

背景技术

搅拌摩擦焊是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，由一个圆柱体或其他形状的搅拌针伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接。现有的摩擦焊为了提高搅拌摩擦焊的效率，采用超声波进行辅助，利用超声波细化焊接板，减小焊接板的强度。

但是现有的搅拌摩擦焊还存在以下几个问题：

1、超声波传递较弱，细化效率低；

2、在焊接时，缺少对板材进行压制，一旦焊接时搅拌头倾斜，影响板材的焊接效果；

3、焊接时，对板材固定不便，同一个工作台面只能一种焊接方式的板材进行固定，从而不能同时满足拼接焊和搭焊两种作业方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声波辅助的搅拌摩擦焊，具有平稳焊接的特性，并且可以同时对拼接焊和搭焊两种焊接方式的板材进行固定，此外超声波对板材细化效率高的优点，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超声波辅助的搅拌摩擦焊，包括承重架、支撑臂和限位条，所述承重架的内部安装有液压缸，且承重架的上方从左到右安装有第一板面和第二板面，所述第一板面和第二板面相互连接，且第二板面的下端面与液压缸的输出端相互连接，所述第一板面和第二板面的上表面均开设有滑轨，所述支撑臂通过下方的滑块与滑轨相互连接，且支撑臂的表面开设有滑槽，所述支撑臂侧面的上方固定有固定磁铁，所述限位条通过两侧的连接块与滑槽相互连接，所述第一板面和第二板面的上表面设置有触杆，且第一板面和第二板面的内部安装有金属片和第一电磁线圈，所述金属片的下方连接有导线，且导线与第一电磁线圈相互连接，并且导线贯穿第一板面和第二板面的表面与限位条相互连接，所述第一板面和第二板面的表面均嵌入式安装有钢板，所述第一板面和第二板面的两侧均安装有第一电机和丝杆，且第一电机的输出端通过传送带与另一侧的丝杆相互连接，所述承重架的上方设置有固定支架，且固定支架的上方安装有驱动气缸，所述驱动气缸通过下方的支杆与套筒相互连接，所述套筒的上方安装有第二电机，且套筒的下方固定有防护罩，所述第二电机的下方安装有搅拌头，且搅拌头从防护罩的底端贯穿，所述搅拌头的外侧固定有焊头，且焊头的外侧连接有摩擦片，所述防护罩的下方固定有固定头，且固定头通过内侧表面固定的导热片与摩擦片相互连接，所述固定头的内部开设有第一气道和第二气道，且第一气道和第二气道均通过导气腔与导热片贯通连接，所述固定头外侧的下端固定有压盘，且压盘的表面开设有气孔，并且压盘的下方安装有压脚，所述第二板面下表面固定有导向杆，且导向杆在承重架的上表面贯穿，所述防护罩的内部固定有超声波发生器。

优选的，所述第一板面和第二板面为面积相等形状相同的结构，且第二板面与固定支架构成滑动结构。

优选的，所述滑轨分别在第一板面和第二板面的表面呈对称设置，且滑轨与滑块构成滑动结构。

优选的，所述限位条横截面为等边三角形结构，且其两侧的连接块为圆柱型结构，并且两者为一体化结构，并且限位条的内部安装有电磁线圈。

优选的，所述丝杆在第一板面和第二板面的表面呈对称设置，且对称分布的2个丝杆表面的螺纹走向相同。

优选的，所述丝杆在支撑臂的表面贯穿，且两者螺纹连接，并且支撑臂表面的滑槽与连接块构成滑动结构。

优选的，所述搅拌头在防护罩的内部为转动连接，且搅拌头与固定头的内壁之间存在间隙。

优选的，所述摩擦片和导热片构成滑动摩擦结构，且导热片的侧面与导气腔的末端相连接。

优选的，所述第一气道和第二气道均设置为弯曲的结构，且两者在固定头的内部等角度共设置有6个，并且第一气道和第二气道存在高度差。

优选的，所述导向杆关于第二板面的中心线对称设置有2个，且导向杆与承重架的上端构成滑动结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该超声波辅助的搅拌摩擦焊，

1.搅拌头与防护罩为转动连接，超声波发生器通过防护罩与下方的固定头为固定连接，从而搅拌头带动焊头在进行转动时，焊头为固定状态，搅拌头将热量传递给焊头，搅拌头和焊头同时对板材进行热熔，提高了焊接的效率；

2.超声波发生器进行工作时，下方固定的焊头将声波直接传递给焊接的板材，由于焊头与焊接板材为紧密接触，因此提高了焊接板材细化的效率，同时在导热片的热传递作用下，进一步的提高了焊接板材的软化效率；

3.设置有压盘，在焊接时便于对焊接板材进行固定，提高稳定性，同时压盘使得固定头始终与焊接的板材为垂直状态，避免搅拌头倾斜，因此提高了焊接的质量；

4.第一气道、导气腔和第二气道的设置便于对搅拌头和焊头进行散热，避免两者热量较高强度较低，有助于提高两者的硬度，从而减小搅拌头和焊头的磨损；

5.第一板面和第二板面分开设置，从而分别对两个待焊接的板材进行分别固定，两者为平行状态时可对其进行拼接焊，在液压缸的作用下，第二板面可向上移动，从而方便进行搭焊；

6.限位条为三棱柱结构，提高了对板材固定的稳定性，并且在电磁线圈的作用下，限位条与第一板面和第二板面进行紧密固定，从而使得限位条紧贴在板面上，提高了限位条的稳定性。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明第一板面和第二板面表面安装结构示意图；

图3为本发明第一板面和第二板面局部剖视结构示意图；

图4为本发明第二板面纵剖结构示意图；

图5为本发明连接块与限位条纵剖结构示意图；

图6为本发明防护罩与套筒安装结构示意图；

图7为本发明图6中A处放大结构示意图；

图8为本发明压盘底部结构示意图；

图9为本发明固定头横剖结构示意图。

图中：1、承重架；2、液压缸；3、第一板面；4、滑轨；5、支撑臂；6、滑块；7、滑槽；8、连接块；9、固定磁铁；10、限位条；11、第二板面；12、触杆；13、金属片；14、电磁线圈；15、导线；16、钢板；17、第一电机；18、丝杆；19、传送带；20、固定支架；21、驱动气缸；22、支杆；23、套筒；24、第二电机；25、防护罩；26、搅拌头；27、焊头；28、摩擦片；29、导热片；30、固定头；31、第一气道；32、导气腔；33、第二气道；34、压盘；35、气孔；36、压脚；37、导向杆；38、超声波发生器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种超声波辅助的搅拌摩擦焊，包括承重架1、液压缸2、第一板面3、滑轨4、支撑臂5、滑块6、滑槽7、连接块8、固定磁铁9、限位条10、第二板面11、触杆12、金属片13、电磁线圈14、导线15、钢板16、第一电机17、丝杆18、传送带19、固定支架20、驱动气缸21、支杆22、套筒23、第二电机24、防护罩25、搅拌头26、焊头27、摩擦片28、导热片29、固定头30、第一气道31、导气腔32、第二气道33、压盘34、气孔35、压脚36、导向杆37和超声波发生器38，承重架1的内部安装有液压缸2，且承重架1的上方从左到右安装有第一板面3和第二板面11，第一板面3和第二板面11相互连接，且第二板面11的下端面与液压缸2的输出端相互连接，第一板面3和第二板面11的上表面均开设有滑轨4，支撑臂5通过下方的滑块6与滑轨4相互连接，且支撑臂5的表面开设有滑槽7，支撑臂5侧面的上方固定有固定磁铁9，限位条10通过两侧的连接块8与滑槽7相互连接，第一板面3和第二板面11的上表面设置有触杆12，且第一板面3和第二板面11的内部安装有金属片13和第一电磁线圈，金属片13的下方连接有导线15，且导线15与第一电磁线圈相互连接，并且导线15贯穿第一板面3和第二板面11的表面与限位条10相互连接，第一板面3和第二板面11的表面均嵌入式安装有钢板16，第一板面3和第二板面11的两侧均安装有第一电机17和丝杆18，且第一电机17的输出端通过传送带19与另一侧的丝杆18相互连接，承重架1的上方设置有固定支架20，且固定支架20的上方安装有驱动气缸21，驱动气缸21通过下方的支杆22与套筒23相互连接，套筒23的上方安装有第二电机24，且套筒23的下方固定有防护罩25，第二电机24的下方安装有搅拌头26，且搅拌头26从防护罩25的底端贯穿，搅拌头26的外侧固定有焊头27，且焊头27的外侧连接有摩擦片28，防护罩25的下方固定有固定头30，且固定头30通过内侧表面固定的导热片29与摩擦片28相互连接，固定头30的内部开设有第一气道31和第二气道33，且第一气道31和第二气道33均通过导气腔32与导热片29贯通连接，固定头30外侧的下端固定有压盘34，且压盘34的表面开设有气孔35，并且压盘34的下方安装有压脚36，第二板面11下表面固定有导向杆37，且导向杆37在承重架1的上表面贯穿，防护罩25的内部固定有超声波发生器38。

第一板面3和第二板面11为面积相等形状相同的结构，且第二板面11与固定支架20构成滑动结构，有利于两者对相同规格的板材进行固定，第二板面11在固定支架20的内侧进行向上移动，使得第一板面3与第二板面11之间存在高度差，方便对搭焊的板材进行固定；

滑轨4分别在第一板面3和第二板面11的表面呈对称设置，且滑轨4与滑块6构成滑动结构，从而支撑臂5通过滑块6在滑轨4中进行移动，提高了支撑臂5移动的稳定性；

限位条10横截面为等边三角形结构，且其两侧的连接块8为圆柱型结构，并且两者为一体化结构，并且限位条10的内部安装有电磁线圈14，三角形结构的限位条10提高了对板材固定的稳定性，避免板材进行移动，并且限位条10内部的电磁线圈14的电流走向与板面内部安装的第一电磁线圈电流走向相反，使得两者磁性相吸；

丝杆18在第一板面3和第二板面11的表面呈对称设置，且对称分布的2个丝杆18表面的螺纹走向相同，同一个板面上的丝杆18带动支撑臂5进行移动，使得支撑臂5移动的方向为相同的；

丝杆18在支撑臂5的表面贯穿，且两者螺纹连接，并且支撑臂5表面的滑槽7与连接块8构成滑动结构，支撑臂5随着丝杆18的转动进行移动，同时滑槽7对支撑臂5的移动轨迹进行限位，提高了支撑臂5移动的稳定性；

搅拌头26在防护罩25的内部为转动连接，且搅拌头26与固定头30的内壁之间存在间隙，搅拌头26进行转动时，不会带动防护罩25进行移动，从而保证了超声波发生器38的稳定性，此外搅拌头26转动产生的热量，在搅拌头26与固定头30的内壁之间的间隙中进行流窜，有利于散热；

摩擦片28和导热片29构成滑动摩擦结构，且导热片29的侧面与导气腔32的末端相连接，摩擦片28与导热片29之间摩擦生热，从而热量传递给固定头30，使得固定头30受热对下方的板材进行热融化，完成焊接；

第一气道31和第二气道33均设置为弯曲的结构，且两者在固定头30的内部等角度共设置有6个，并且第一气道31和第二气道33存在高度差，使得热量在不同的高度层中均可逸出，提高散热的效率，并且弯曲的结构提高了固定头30的硬度，同时减小了气体交换时的流速，有助于减少噪音；

导向杆37关于第二板面11的中心线对称设置有2个，且导向杆37与承重架1的上端构成滑动结构，当第二板面11在固定支架20的内侧向上移动时，第二板面11带动导向杆37向上移动，提高了第二板面11的稳定性，避免第二板面11上移时移位。

工作原理：在使用该超声波辅助的搅拌摩擦焊时，首先将需要焊接的两块板分别放在第一板面3和第二板面11上，触杆12受到焊接板重量的压力，触杆12向下移动，从而触杆12与金属片13紧密接触，在原始状态下，限位条10在重量的作用下，处于滑槽7的最下端，如图1和图2所示，启动第一电机17后，第一电机17带动相连接的丝杆18进行转动，同时第一电机17通过传送带19带动另一个丝杆18进行转动，丝杆18从支撑臂5中贯穿，故第一板面3和第二板面11上的两组支撑臂5均随着丝杆18的转动而在板面上进行移动，此时支撑臂5通过下方的在滑块6在滑轨4上进行移动，即支撑臂5通过连接块8带动限位条10逐渐向内靠拢，限位条10与焊接的板材逐渐靠近，直至限位条10将焊接的板材夹紧，此时第一电机17转动，从而第一板面3和第二板面11上的限位条10分别将2块焊接板进行夹紧；

之后启动导线15的电源，如图1和图3所示，第一板面3、第二板面11和限位条10内部的电磁线圈14在电流的作用下，产生磁感线，从而第一电磁线圈将钢板16磁化，此时钢板16具有磁性，由于限位条10内部的电磁线圈14与第一板面3和第二板面11内部的第一电磁线圈电流走向相反，故钢板16与限位条10内部的电磁线圈14磁性相吸，促使钢板16与限位条10进行磁性相吸，从而提高了限位条10对焊接板材的夹持力，之后即可进行焊接；

驱动气缸21带动支杆22向下移动，支杆22带动套筒23向下移动，从而搅拌头26向下移动，启动第二电机24和超声波发生器38，第二电机24带动搅拌头26进行转动，直至搅拌头26的下端插入2个焊接板材的中间，焊头27和固定头30的下端面均与焊接的板材表面进行连接，此时搅拌头26带动焊头27进行转动，直至压脚36抵在板材的上表面，压脚36对2个焊接的板材进行紧密压制，避免焊接板材之间不平稳，在焊头27旋转作用下，焊头27与焊接板材之间的热量逐渐增大，焊接板材表面融化而焊接在一起，并且超声波发生器38发出声波，固定头30将声波传给下方，同时转动的焊头27带动摩擦片28进行转动，如图7所示，摩擦片28与导热片29逐渐的热量逐渐增大，并且热量通过导热片29传递给固定头30，固定头30的下表面热量同样对焊接的板材进行融化，同时固定头30的两侧为倾斜状结构，防止塑性状态材料的溢出，同时可以起到清除表面氧化膜的作用；

如图8所示，焊头27和固定头30底表面的热量在压盘34的下表面流动，最终热量从气孔35逸出，起到了散热的作用，此外导热片29的热量从导气腔32进入第一气道31和第二气道33中，如图6所示，有助于减小导热片29的表面的热量，避免焊头27和固定头30热量较高影响其硬度，同时焊头27的热量传递到上方时，热量经过第一气道31和第二气道33散发到外界，有助于提高散热性能；

驱动气缸21在固定支架20上进行纵行滑动，直至完成整条焊缝，驱动气缸21带动套筒23上升，离开焊接板材，此外可向上拨动限位条10，限位条10带动连接块8在滑槽7中向上移动，直至连接块8位于滑槽7的最上方，固定磁铁9对连接块8进行吸附，从而限位条10在板面上为悬空，避免限位条10随着支撑臂5移动时对板面进行刮损；

如图1所示，当需要对板材进行搭焊时，两块板材在第一板面3和第二板面11上固定完毕之后，启动液压缸2，液压缸2带动第二板面11在固定支架20的内部向上移动，直至两个焊接的板材高度合适，之后即可进行焊接，增加了整体的实用性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种超声波辅助的搅拌摩擦焊，包括承重架(1)、支撑臂(5)和限位条(10)，其特征在于：所述承重架(1)的内部安装有液压缸(2)，且承重架(1)的上方从左到右安装有第一板面(3)和第二板面(11)，所述第一板面(3)和第二板面(11)相互连接，且第二板面(11)的下端面与液压缸(2)的输出端相互连接，所述第一板面(3)和第二板面(11)的上表面均开设有滑轨(4)，所述支撑臂(5)通过下方的滑块(6)与滑轨(4)相互连接，且支撑臂(5)的表面开设有滑槽(7)，所述支撑臂(5)侧面的上方固定有固定磁铁(9)，所述限位条(10)通过两侧的连接块(8)与滑槽(7)相互连接，所述第一板面(3)和第二板面(11)的上表面设置有触杆(12)，且第一板面(3)和第二板面(11)的内部安装有金属片(13)和第一电磁线圈，所述金属片(13)的下方连接有导线(15)，且导线(15)与第一电磁线圈相互连接，并且导线(15)贯穿第一板面(3)和第二板面(11)的表面与限位条(10)相互连接，所述第一板面(3)和第二板面(11)的表面均嵌入式安装有钢板(16)，所述第一板面(3)和第二板面(11)的两侧均安装有第一电机(17)和丝杆(18)，且第一电机(17)的输出端通过传送带(19)与另一侧的丝杆(18)相互连接，所述承重架(1)的上方设置有固定支架(20)，且固定支架(20)的上方安装有驱动气缸(21)，所述驱动气缸(21)通过下方的支杆(22)与套筒(23)相互连接，所述套筒(23)的上方安装有第二电机(24)，且套筒(23)的下方固定有防护罩(25)，所述第二电机(24)的下方安装有搅拌头(26)，且搅拌头(26)从防护罩(25)的底端贯穿，所述搅拌头(26)的外侧固定有焊头(27)，且焊头(27)的外侧连接有摩擦片(28)，所述防护罩(25)的下方固定有固定头(30)，且固定头(30)通过内侧表面固定的导热片(29)与摩擦片(28)相互连接，所述固定头(30)的内部开设有第一气道(31)和第二气道(33)，且第一气道(31)和第二气道(33)均通过导气腔(32)与导热片(29)贯通连接，所述固定头(30)外侧的下端固定有压盘(34)，且压盘(34)的表面开设有气孔(35)，并且压盘(34)的下方安装有压脚(36)，所述第二板面(11)下表面固定有导向杆(37)，且导向杆(37)在承重架(1)的上表面贯穿，所述防护罩(25)的内部固定有超声波发生器(38)；所述限位条(10)横截面为等边三角形结构，且其两侧的连接块(8)为圆柱型结构，并且两者为一体化结构，并且限位条(10)的内部安装有电磁线圈(14)。

2.根据权利要求1所述的一种超声波辅助的搅拌摩擦焊，其特征在于：所述第一板面(3)和第二板面(11)为面积相等形状相同的结构，且第二板面(11)与固定支架(20)构成滑动结构。

3.根据权利要求1所述的一种超声波辅助的搅拌摩擦焊，其特征在于：所述滑轨(4)分别在第一板面(3)和第二板面(11)的表面呈对称设置，且滑轨(4)与滑块(6)构成滑动结构。

4.根据权利要求1所述的一种超声波辅助的搅拌摩擦焊，其特征在于：所述丝杆(18)在第一板面(3)和第二板面(11)的表面呈对称设置，且对称分布的2个丝杆(18)表面的螺纹走向相同。

5.根据权利要求1所述的一种超声波辅助的搅拌摩擦焊，其特征在于：所述丝杆(18)在支撑臂(5)的表面贯穿，且两者螺纹连接，并且支撑臂(5)表面的滑槽(7)与连接块(8)构成滑动结构。

6.根据权利要求1所述的一种超声波辅助的搅拌摩擦焊，其特征在于：所述搅拌头(26)在防护罩(25)的内部为转动连接，且搅拌头(26)与固定头(30)的内壁之间存在间隙。

7.根据权利要求1所述的一种超声波辅助的搅拌摩擦焊，其特征在于：所述摩擦片(28)和导热片(29)构成滑动摩擦结构，且导热片(29)的侧面与导气腔(32)的末端相连接。

8.根据权利要求1所述的一种超声波辅助的搅拌摩擦焊，其特征在于：所述第一气道(31)和第二气道(33)均设置为弯曲的结构，且两者在固定头(30)的内部等角度共设置有6个，并且第一气道(31)和第二气道(33)存在高度差。

9.根据权利要求1所述的一种超声波辅助的搅拌摩擦焊，其特征在于：所述导向杆(37)关于第二板面(11)的中心线对称设置有2个，且导向杆(37)与承重架(1)的上端构成滑动结构。

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