CN109590599A - 一种双头搅拌摩擦焊接装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双头搅拌摩擦焊接装置，用于焊接工件，包括搅拌摩擦头、搅拌摩擦机头、工作台及固定于工作台上的夹具，工件被夹具夹持固定于工作台上，搅拌摩擦头固定于搅拌摩擦机头，双头搅拌摩擦焊接装置还包括旋压头及旋压机头，旋压头固定于旋压机头，工作时搅拌摩擦头及旋压头依次分别对待焊部位及焊缝进行搅拌摩擦及旋压，使焊缝在被焊接的同时减小残余变形及应力，无需后续的矫形和去飞边工序，工作效率大大提高，所获得的搅拌摩擦焊薄板焊件残余变形极小，焊缝区金属的残余拉应力水平被有效降低，焊缝表面形貌也大为改观。本发明还涉及一种双头搅拌摩擦焊接方法。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其是涉及一种双头搅拌摩擦焊接装置。
背景技术
搅拌摩擦焊是一种固相焊接方法，其作为一种绿色的焊接技术有着熔焊方法无法企及的优点：没有溶液的流淌和溶滴的过渡，能实现全位置的焊接；不需填充材料和保护气体，大大节省了成本；不存在焊接中的凝固裂纹和气孔等缺陷；焊接残余应力和变形都不大；易于实现自动化；焊接时没有烟尘，飞溅和弧光等。
但对于壁厚小于5mm的搅拌摩擦焊薄板焊件，其焊后的残余变形量仍不符合使用的要求，而焊缝区金属中残余拉应力的存在也将在一定程度上影响焊接构件的尺寸稳定性、抗腐蚀能力和疲劳寿命。因此，通过搅拌摩擦焊方法获得的薄板焊件通常仍然需要后续的矫形工序，藉此同时改善残余变形和应力状况。此外，搅拌摩擦焊缝两侧通常存在飞边，导致应力集中，表面形貌也不好。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种一次装夹即可获得高质量的搅拌摩擦焊接头，无需后续的矫形和去飞边工序，工作效率大大提高，所获得的搅拌摩擦焊薄板焊件残余变形极小，焊缝区金属的残余拉应力水平被有效降低，焊缝表面形貌也大为改观的双头搅拌摩擦焊接装置。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种双头搅拌摩擦焊接装置，用于焊接工件，所述双头搅拌摩擦焊接装置包括搅拌摩擦头、搅拌摩擦机头、工作台及固定于所述工作台上的夹具，所述工件被所述夹具夹持固定于所述工作台，所述搅拌摩擦头固定于所述搅拌摩擦机头，所述双头搅拌摩擦焊接装置还包括旋压头及旋压机头，所述旋压头固定于所述旋压机头，所述搅拌摩擦头及所述旋压头依次分别对待焊部位及焊缝进行搅拌摩擦及旋压，使所述焊缝在被焊接的同时减小残余变形及应力。
进一步地，所述旋压头的端部设有圆角。
进一步地，所述双头搅拌摩擦焊接装置还包括底座、立柱、第一移动机构及第二移动机构，所述搅拌摩擦机头及所述旋压机头通过所述第一移动机构安装于所述立柱，所述工作台通过所述第二移动机构安装于所述底座。
进一步地，所述工作台相对所述底座的运动方向与水平面平行，所述搅拌摩擦机头及所述旋压机头相对所述立柱的运动方向与水平面垂直。
进一步地，所述底座及立柱一体成型。
进一步地，所述双头搅拌摩擦焊接装置还包括龙门架、底座、第一移动机构、第三移动机构及底板，所述工作台固定于所述底座，所述搅拌摩擦机头及所述旋压机头通过所述第一移动机构安装于所述底板，所述底板通过所述第三移动机构安装于所述龙门架。
进一步地，所述底板相对所述龙门架的移动方向与所述搅拌摩擦机头及所述旋压机头相对所述底板的移动方向相垂直。
进一步地，所述龙门架及所述底座为分体式。
进一步地，所述双头搅拌摩擦焊接装置还包括龙门架、底座、底板、第一移动机构、第二移动机构及第三移动机构，所述搅拌摩擦机头及所述旋压机头通过所述第一移动机构安装于所述底板，所述底板通过所述第三移动机构安装于所述龙门架，所述工作台通过所述第二移动机构安装于所述底座。
一种双头搅拌摩擦焊接方法，包括以下步骤：焊接：利用搅拌摩擦头对工件进行焊接形成焊缝；旋压：利用设有圆角的旋压头对焊缝进行旋压，使焊缝在被焊接的同时减小残余变形及应力。
相比现有技术，本发明双头搅拌摩擦焊接装置的焊接机构还包括旋压头及旋压机头，旋压头固定于旋压机头，搅拌摩擦头及旋压头依次分别对待焊部位及焊缝进行搅拌摩擦及旋压，使焊缝在被焊接的同时减小残余变形及应力，无需后续的矫形和去飞边工序，工作效率大大提高，所获得的搅拌摩擦焊薄板焊件残余变形极小，焊缝区金属的残余拉应力水平被有效降低，焊缝表面形貌也大为改观。
附图说明
图1为本发明双头搅拌摩擦焊接装置的一工作原理示意图；
图2为本发明双头搅拌摩擦焊接装置的另一工作原理示意图；
图3为图1的双头搅拌摩擦焊接装置的第一实施例的一主视图；
图4为图3的双头搅拌摩擦焊接装置的第一实施例的一侧视图；
图5为图1的双头搅拌摩擦焊接装置的第二实施例的一主视图；
图6为图5的双头搅拌摩擦焊接装置的第二实施例的一侧视图；
图7为图2的双头搅拌摩擦焊接装置的一个实施例(第三实施例)的立体图。
图中：11、搅拌摩擦头；12、旋压头；13、搅拌摩擦机头；14、旋压机头；15、底板；21、底座；22、立柱；23、龙门架；30、第一移动机构；41、夹具；42、工作台；50、第二移动机构；60、第三移动机构；200、工件。
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。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明一种双头搅拌摩擦焊接装置的工作原理为搅拌摩擦头11、旋压头12能够分别对被焊接工件200进行压力加载。工作时搅拌摩擦头11作用于待焊接部位形成焊缝，旋压头12位于搅拌摩擦头11后方一定距离处对焊缝和近缝区金属进行旋压。也可在焊接过程完成后对焊缝和近缝区金属进行旋转挤压，如图2所示。使焊缝产生纵向塑性延展，降低了焊缝及其附近区域的纵向残余拉应力水平，从而减小了薄板焊件的残余变形。此外，由于旋压头12的端部为带有圆角的平面形式，因此可同时消除飞边。
请继续参阅图3至图4，在本发明的第一实施例中，一种双头搅拌摩擦焊接装置包括搅拌摩擦头11、旋压头12、搅拌摩擦机头13以及旋压机头14、底座21、立柱22、第一移动机构30、夹具41、工作台42、第二移动机构50。
旋压头12固定于旋压机头14端部，搅拌摩擦头11固定于搅拌摩擦机头13端部。底座21以及立柱22一体成型。旋压机头14及搅拌摩擦机头13通过第一移动机构30安装于立柱22并能沿立柱22上下滑动。夹具41固定于工作台42上，工件200被夹持于夹具41中。工作台42通过第二移动机构50移动安装在底座21上。
使用双头搅拌摩擦焊接装置时，先将工件200放置在工作台42上并通过夹具41固定。再将旋压头12和搅拌摩擦头11与待焊部位对中，并调整好它们的高度。通过控制系统先使搅拌摩擦头11转动起来，再将搅拌摩擦机头13降低到合适高度对工件200的引焊板进行搅拌摩擦，停留几秒后启动工作台42使其以一定速度水平运动。当搅拌摩擦焊缝的起始端接近旋压头12端部的下方时，通过控制系统先使旋压头12转动起来，再将旋压机头14及时降下对焊缝部位进行旋压。当搅拌摩擦头11行至工件200的收焊板上时，将其升起，并关停搅拌摩擦机头13，而旋压头12继续对焊缝部位进行旋压。当旋压头12行至工件200的收焊板上时将其升起，并关停旋压机头14。最后松开夹具41，将工件200取出，完成整个工作过程。
本实施例中，旋压机头14和搅拌摩擦机头13均可通过控制机构实现各自独立上下运动；工作台42可通过控制机构实现纵向(以焊接方向为纵向)水平运动，且其横向位置可调。
请继续参阅图5至图6，在本发明的第二实施例中，一种双头搅拌摩擦焊接装置包括搅拌摩擦头11、旋压头12、搅拌摩擦机头13、旋压机头14、底板15、底座21、龙门架23、第一移动机构30、夹具41、工作台42、第三移动机构60。
旋压头12固定于旋压机头14端部，搅拌摩擦头11固定于搅拌摩擦机头13端部。底座21以及龙门架23为分体式。旋压机头14及搅拌摩擦机头13通过第一移动机构30安装于底板15并能沿底板15上下滑动。底板15通过第三移动机构60安装于龙门架23。夹具41固定于工作台42，工件200被夹持于夹具41中。工作台42固定安装于底座21上。
使用双头搅拌摩擦焊接装置时，先将工件200放置在工作台42上并通过夹具41固定。再将旋压头12和搅拌摩擦头11与待焊部位对中，并调整好它们的高度。通过控制系统先使搅拌摩擦头11转动起来，再将搅拌摩擦机头13降低到合适高度对工件200的引焊板进行搅拌摩擦，停留几秒后通过控制系统使由旋压机头14、搅拌摩擦机头13和底板15组成的部件总成以一定速度水平运动。当搅拌摩擦焊缝的起始端接近旋压头12端部的下方时，通过控制系统先使旋压头12转动起来，再将旋压机头14及时降下对焊缝部位进行旋压。当搅拌摩擦头11行至工件200的收焊板上时，将其升起，并关停搅拌摩擦机头13，而旋压头12继续对焊缝部位进行旋压。当旋压头12行至工件200的收焊板上时将其升起，并关停旋压机头14。最后松开夹具41，将工件200取出，完成整个工作过程。
本实施例中，旋压机头14和搅拌摩擦机头13均可通过控制机构实现各自独立上下运动；由旋压机头14、搅拌摩擦机头13和底板15组成的部件总成可通过控制机构实现纵向水平运动；工作台42的横向位置可调。
请继续参阅图7，在本发明的第三实施例中，一种双头搅拌摩擦焊接装置包括搅拌摩擦头11、旋压头12、搅拌摩擦机头13、旋压机头14、底板15、底座21、龙门架23、第一移动机构30、夹具41、工作台42、第二移动机构50以及第三移动机构60。
旋压头12固定于旋压机头14端部，搅拌摩擦头11固定于搅拌摩擦机头13端部。底座21以及龙门架23一体成型。旋压机头14及搅拌摩擦机头13通过第一移动机构30安装于底板15上并能上下移动。底板15通过第三移动机构60安装于龙门架23上。夹具41固定于工作台42上，工件200被夹持于夹具41中。工作台42通过第二移动机构50安装于底座21上。
使用双头搅拌摩擦焊接装置时，先将工件200放置在夹具41及工作台42上并通过夹具41固定。再将搅拌摩擦头11与待焊部位对中，并调整好它们的高度。通过控制系统先使搅拌摩擦头11转动起来，再将搅拌摩擦机头13降低到合适高度对工件200的引焊板进行搅拌摩擦，停留几秒后通过控制系统启动工作台42使其以一定速度水平运动。搅拌摩擦焊接过程完成后，升起并关停搅拌摩擦机头13。通过控制系统将旋压头12与焊缝快速对中，并调整好它们的高度。通过控制系统先使旋压头12转动起来，再将旋压机头14及时降下对焊缝部位进行旋压，通过控制系统启动工作台42使其以一定速度水平运动。旋压过程完成后，升起并关停旋压机头14。最后松开夹具41，将工件200取出，完成整个工作过程。
本实施例中，旋压机头14和搅拌摩擦机头13均可通过控制机构实现各自独立上下运动；由旋压机头14、搅拌摩擦机头13和底板15组成的部件总成可通过控制机构实现横向水平运动；工作台42可通过控制机构实现纵向水平运动。搅拌摩擦头11和旋压头12不同时工作，先完成搅拌摩擦焊，再用旋压头12处理焊缝。
本发明还涉及一种利用上述双头搅拌摩擦焊接装置进行焊接的焊接方法，包括以下步骤：
焊接：利用搅拌摩擦头11对工件200进行焊接形成焊缝；
旋压：利用设有圆角的旋压头12对焊缝进行旋压，使焊缝在被焊接的同时减小残余变形及应力。
通过上述方法，工件200无需后续的矫形和去飞边工序，工作效率大大提高，所获得的搅拌摩擦焊薄板焊件残余变形极小，焊缝区金属的残余拉应力水平被有效降低，焊缝表面形貌也大为改观。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双头搅拌摩擦焊接装置，用于焊接工件，所述双头搅拌摩擦焊接装置包括搅拌摩擦头、搅拌摩擦机头、工作台及固定于所述工作台上的夹具，所述工件被所述夹具夹持固定于所述工作台上，所述搅拌摩擦头固定于所述搅拌摩擦机头，其特征在于：所述双头搅拌摩擦焊接装置还包括旋压头及旋压机头，所述旋压头固定于所述旋压机头，所述搅拌摩擦头及所述旋压头依次分别对待焊部位及焊缝进行搅拌摩擦及旋压，使所述焊缝在被焊接的同时减小残余变形及应力。
2.根据权利要求1所述的双头搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述旋压头的端部设有圆角。
3.根据权利要求1所述的双头搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述双头搅拌摩擦焊接装置还包括底座、立柱、第一移动机构及第二移动机构，所述搅拌摩擦机头及所述旋压机头通过所述第一移动机构安装于所述立柱，所述工作台通过所述第二移动机构安装于所述底座。
4.根据权利要求3所述的双头搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述工作台相对所述底座的运动方向与水平面平行，所述搅拌摩擦机头及所述旋压机头相对所述立柱的运动方向与水平面垂直。
5.根据权利要求3所述的双头搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述底座及立柱一体成型。
6.根据权利要求1所述的双头搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述双头搅拌摩擦焊接装置还包括龙门架、底座、第一移动机构、第三移动机构及底板，所述工作台固定于所述底座，所述搅拌摩擦机头及所述旋压机头通过所述第一移动机构安装于所述底板，所述底板通过所述第三移动机构安装于所述龙门架。
7.根据权利要求6所述的双头搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述底板相对所述龙门架的移动方向与所述搅拌摩擦机头及所述旋压机头相对所述底板的移动方向相垂直。
8.根据权利要求6所述的双头搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述龙门架及所述底座为分体式。
9.根据权利要求1所述的双头搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述双头搅拌摩擦焊接装置还包括龙门架、底座、底板、第一移动机构、第二移动机构及第三移动机构，所述搅拌摩擦机头及所述旋压机头通过所述第一移动机构安装于所述底板，所述底板通过所述第三移动机构安装于所述龙门架，所述工作台通过所述第二移动机构安装于所述底座。
10.一种双头搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
焊接：利用搅拌摩擦头对工件进行焊接形成焊缝；
旋压：利用设有圆角的旋压头对焊缝进行旋压，使焊缝在被焊接的同时减小残余变形及应力。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190409 |