CN109396635A - 一种整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具及方法 - Google Patents

Abstract

一种整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具，由静止轴肩、夹持端、双向推力角接触球轴承、转接套、螺纹套等零件组成。所述夹持端底部加工搅拌针；双向推力角接触球轴承的内圈与夹持端过盈配合，外圈与转接套过渡配合；端盖与螺纹套用来限制夹持端与转接套的轴向相对运动，螺纹套与夹持端通过螺纹连接；静止轴肩与转接套通过螺纹连接，保证静止轴肩与搅拌针之间较高的同轴度。本发明通过双向推力角接触球轴承将夹持端的轴向位移施加到静止轴肩，产生焊接过程轴向力的施加；并将搅拌针的旋转运动与轴肩运动分离，从而实现搅拌针旋转、轴肩静止的效果。本发明可在不改变机床主轴结构的条件下进行角焊缝的搅拌摩擦焊接，拓宽了搅拌摩擦焊接设备的应用范围。

Description

一种整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具及方法

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊接领域，特别涉及一种整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具及方法。

背景技术

搅拌摩擦焊接技术在连接强度、变形与残余应力水平、抗腐蚀性能等方面优势明显，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。传统搅拌工具主要包括轴肩和搅拌针两部分，两者同时旋转，可对平直焊缝进行焊接。但在实际结构中，大量存在角焊缝这类非平面或非近似平面的接头形式，传统搅拌工具由于轴肩旋转与工件表面产生干涉很难进行角焊缝焊接。

现有技术主要通过增加工艺垫块和采用静止轴肩结构两种方式实现角焊缝的搅拌摩擦焊接。申请号为201210418416.6，专利名称为《填充式搅拌摩擦焊焊接T型接头内侧角焊缝的方法及装置》的中国专利公开了一种通过增加工艺垫块，转化为类似平面对接焊接的措施来实现内侧角焊缝焊接，但该方法极易导致焊缝区域出现未焊透、弱连接等缺陷。申请号为201620629770.7，专利名称为《无倾角静止轴肩搅拌摩擦焊焊接工具》的中国专利公开了一种静止轴肩的搅拌工具，搅拌针与轴肩为分体式结构，轴肩通过转接套与机床主轴外壳相连，焊接过程保持静止，搅拌针与刀柄连接实现旋转，避免了焊接过程轴肩与工件的干涉。但该装置结构复杂，需要在机床主轴相应位置加工静止轴肩安装接口。同时，由于搅拌针与轴肩之间为分体式结构，在焊接时两者需要保证较高的同轴度，这就要求装配精度很高，造成了搅拌工具装夹效率低。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具及方法，实现了搅拌针与静止轴肩结构的一体化，大大降低了机床主轴结构的复杂程度，并且装夹简便，同轴度高，焊接质量好。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：一种整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具，包括静止轴肩、夹持端、双向推力角接触球轴承、转接套、螺纹套、端盖，其特征在于，所述夹持端底部加工搅拌针；双向推力角接触球轴承的内圈与夹持端过盈配合，外圈与转接套过渡配合；端盖与螺纹套限制夹持端与转接套之间的轴向相对运动，静止轴肩与转接套通过螺纹连接。

进一步，本发明所述的螺纹套与夹持端表面通过螺纹连接。

进一步，搅拌针旋转方向与静止轴肩和转接套之间的螺纹旋向相关，当静止轴肩螺纹旋向为左旋时，搅拌针逆时针旋转；当静止轴肩螺纹为右旋，搅拌针顺时针旋转。

进一步，静止轴肩与搅拌针配合的孔的周围加工凸台，凸台高度为2mm～4mm，以减小接触面积，降低焊接时的前进摩擦力。通过更换静止轴肩结构，可实现内侧及外侧角焊缝焊接。

本发明所基于的原理是：通过双向推力角接触球轴承将搅拌针的旋转运动与轴肩运动分离，并将夹持端的轴向位移通过双向推力角接触球轴承施加到静止轴肩，实现焊接过程轴向力的施加；在焊接过程中，轴肩凸台紧贴工件角焊缝表面，限制了轴肩的旋转运动，从而实现搅拌针旋转、轴肩静止的效果。

本发明的另一技术方案在于，提供一种整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具的焊接方法，实现角焊缝搅拌摩擦焊接的主要步骤有：(1)前期准备：将试板固定在工装上，并在角焊缝起始点加工预制孔，孔径大小比搅拌针直径大1mm～2mm；(2)扎入阶段：启动焊机Z轴电机，带动搅拌工具下移，使搅拌针扎入预制孔，当静止轴肩凸台表面压入工件表面0.1mm～0.2mm后，停止下压；(3)焊接阶段：启动主轴电机，带动搅拌针旋转，预热10s～30s，然后设定焊接速度，进行焊接，焊接方式优先采用工件移动、搅拌工具不动的方式；(4)拔出阶段：到达焊缝终点后，保持搅拌针旋转停留10s，然后搅拌针停止转动，Z轴电机驱动搅拌工具拔出工件，完成焊接。

本发明提供的一种整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具及方法，与现有技术相比，其优点在于：

(1)本发明可在不改变机床主轴结构的条件下进行角焊缝的搅拌摩擦焊接，大大降低了机床主轴结构的复杂程度，拓宽了搅拌摩擦焊接设备的应用范围。

(2)搅拌针与静止轴肩结构的一体化，实现了静止轴肩搅拌工具的模块化，装夹方便，同轴度高。

附图说明

图1为整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具结构示意图；

图2为静止轴肩结构及其凸台结构示意图；

图3为整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具外形图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征及所达成目的及效果，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

参照图1～3所示，本发明所涉及的整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具主要由夹持端1、紧固螺钉2、转接套3、螺纹套4、端盖6、双向推力角接触球轴承7、静止轴肩8、搅拌针9组成。其中，夹持端1底部加工搅拌针9；双向推力角接触球轴承7的内圈与夹持端1过盈配合，外圈与转接套3过渡配合；端盖6与螺纹套4限制夹持端与转接套之间的轴向相对运动，螺纹套4与夹持端1表面通过螺纹连接；静止轴肩8与转接套3通过螺纹10连接，螺纹10旋向为左旋；静止轴肩8与搅拌针9配合的孔的周围加工凸台，静止轴肩凸台11高度为2mm。

下面以6mm厚铝合金内侧角焊缝焊接为例，利用上述搅拌工具对搅拌摩擦焊接的步骤进行说明。其中，搅拌针9为带右旋螺纹的圆柱形，直径为7mm。

(1)前期准备：将试板5固定在工装上，并在角焊缝起始点加工预制孔，孔径大小为8mm；

(2)扎入阶段：启动焊机Z轴电机，带动搅拌工具下移，使搅拌针扎入预制孔，当静止轴肩凸台表面压入工件表面0.1mm～0.2mm后，停止下压；

(3)焊接阶段：启动主轴电机，带动搅拌针逆时针旋转，旋转速度设定为1500r/min。预热10s～30s，然后设定焊接速度为100mm/min进行焊接，焊接方式采用工件移动、搅拌工具不动的方式；

(4)拔出阶段：到达焊缝终点后，保持搅拌针旋转停留10s，然后搅拌针停止转动，Z轴电机驱动搅拌工具拔出工件，完成焊接。

虽然本发明已以较佳实施例阐释如上，但本发明包括但不限于以上实施例。本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中。当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具，其特征在于，包括静止轴肩、夹持端、双向推力角接触球轴承、转接套、螺纹套、端盖，所述夹持端底部加工搅拌针；双向推力角接触球轴承的内圈与夹持端过盈配合，外圈与转接套过渡配合；端盖与螺纹套限制夹持端与转接套之间的轴向相对运动，静止轴肩与转接套通过螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具，其特征在于，所述螺纹套与夹持端表面通过螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具，其特征在于，所述搅拌针旋转方向与静止轴肩与转接套之间的螺纹旋向相关，当静止轴肩螺纹旋向为左旋时，搅拌针逆时针旋转；当静止轴肩螺纹为右旋，搅拌针顺时针旋转。

4.根据权利要求1所述的一种整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具，其特征在于，所述静止轴肩与搅拌针配合的孔的周围加工凸台，凸台高度为2mm～4mm。

5.根据权利要求1所述的一种整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具，其特征在于，通过更换静止轴肩结构，可实现内侧及外侧角焊缝焊接。

6.根据权利要求1所述的一种整体式角焊缝搅拌摩擦焊接工具的焊接方法，其特征在于，主要以下步骤：

(1)前期准备：将试板固定在工装上，并在角焊缝起始点加工预制孔，孔径大小比搅拌针直径大1mm～2mm；

(2)扎入阶段：启动焊机Z轴电机，带动搅拌工具下移，使搅拌针扎入预制孔，当静止轴肩凸台表面压入工件表面0.1mm～0.2mm后，停止下压；

(3)焊接阶段：启动主轴电机，带动搅拌针旋转，预热10s～30s，然后设定焊接速度，进行焊接，焊接方式优先采用工件移动、搅拌工具不动的方式；

(4)拔出阶段：到达焊缝终点后，保持搅拌针旋转停留10s，然后搅拌针停止转动，Z轴电机驱动搅拌工具拔出工件，完成焊接。