CN110653506B - 点焊装置以及点焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种点焊装置以及点焊方法，涉及点焊技术领域，包括：位移机构；驱动机构，所述驱动机构包括至少一对机头，至少一对所述机头相对安装在所述位移机构上，以在所述位移机构的驱动下调整至少一对所述机头之间的相对距离；所述机头上绝缘安装有搅拌头；至少一对电极，任意一对所述电极分别与任意一对所述机头上的搅拌头电连通；电源，所述电源的两极分别与至少一对所述电极电连通。在上述技术方案中，该点焊装置采用了搅拌摩擦点焊与电阻点焊相结合的方式对待加工部件进行焊接。即在搅拌摩擦点焊的过程中施加电流，以此来改善焊核区的组织，使得到的焊接接头的力学性能可以获得较大的改善。

Description

点焊装置以及点焊方法

技术领域

本发明涉及点焊技术领域，尤其是涉及一种点焊装置以及点焊方法。

背景技术

目前，薄壁金属板件的点焊工艺主要有两种，一种是电阻点焊，另一种是搅拌摩擦点焊。电阻点焊是利用电流流经被焊接件过程中所产生的电阻热，使得两块被焊接件之间生成熔核，从而实现对两块被焊接件的焊接连接。搅拌摩擦点焊是利用高速旋转的搅拌头扎入两块被焊接板件之间，使得两块被焊接材料形成塑性流动，从而实现对两块被焊接件的焊接连接。

但是，对于铝合金、镁合金等导电性较强的轻金属焊接，电阻点焊的方式以及搅拌摩擦点焊的焊接方式均无法得到良好的焊接接头，焊接效果较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种点焊装置以及点焊方法，以解决现有技术中的焊接技术在对铝合金、镁合金等轻金属进行焊接时，焊接效果差的技术问题。

在现有技术中，电阻点焊是利用电流流经被焊接件过程中所产生的电阻热，使得两块被焊接件之间生成熔核，从而实现对两块被焊接件的焊接连接。但是，对于铝合金、镁合金等轻金属来说，由于该类金属的导电性较强(阻值小)，电流流经时产生的热量较小，或很难产生足够的热量使得两块被焊接件之间生成熔核，所以电阻点焊的方式并不能良好地应用于铝合金、镁合金等导电性较强的轻金属焊接上，无法得到良好的焊接接头。

而对于搅拌摩擦点焊来说，搅拌摩擦点焊是利用高速旋转的搅拌头扎入两块被焊接板件之间，使得两块被焊接材料形成塑性流动，故由于其工艺本身的问题，会在被焊接件表面产生“匙孔”缺陷，这种缺陷同样难以得到良好的焊接。

而为了能够对铝合金、镁合金等导电性较强的轻金属进行良好的焊接，在焊接位置得到良好的焊接接头，本申请提供了如下技术方案。

本发明提供的一种点焊装置，包括：

位移机构；

驱动机构，所述驱动机构包括至少一对机头，至少一对所述机头相对安装在所述位移机构上，以在所述位移机构的驱动下调整至少一对所述机头之间的相对距离；所述机头上绝缘安装有搅拌头；

至少一对电极，任意一对所述电极分别与任意一对所述机头上的搅拌头电连通；

电源，所述电源的两极分别与至少一对所述电极电连通。

进一步的，所述位移机构包括：

至少一条滑轨，任意一对所述机头滑动安装在任意一条所述滑轨上。

进一步的，所述机头包括：

电机和主轴，所述主轴安装在所述电机的输出端，所述搅拌头安装在所述主轴的端部。

进一步的，所述机头还包括：

电极夹持机构；

所述电极为柱状电极，所述电极夹持机构的夹持端开设有与所述柱状电极配合的弧形槽，以将所述柱状电极活动夹持在所述弧形槽内；

所述柱状电极绝缘安装在所述主轴的端部，所述搅拌头导电安装在所述柱状电极的端部；所述柱状电极通过所述电极夹持机构与所述电源电连通。

进一步的，所述电极夹持机构包括：

一对夹持件，所述弧形槽位于一对所述夹持件的夹持端；(在该实施例中，所述电极夹持机构的夹持端即为所述夹持件的夹持端)一对所述夹持件通过弹性件相对连接，以弹性夹持所述柱状电极。

进一步的，所述电源通过导电件与所述夹持件电连通。

进一步的，所述导电件为编织铜带。

进一步的，所述柱状电极的端部开设有固定槽，所述搅拌头安装在所述固定槽内。

进一步的，所述机头还包括：

锁紧套；

所述柱状电极的端部开设有至少一条延伸至所述固定槽的调节缝隙，所述锁紧套套装在所述柱状电极的端部，以锁紧所述搅拌头。

进一步的，所述机头还包括：

刀柄，所述刀柄安装在所述主轴的端部；所述柱状电极绝缘安装在所述刀柄上，以实现所述柱状电极与所述主轴的绝缘安装。

进一步的，所述刀柄和所述柱状电极之间通过绝缘套连接。

进一步的，还包括：

固定机构，用于夹持待加工部件；

所述固定机构安装在所述位移机构上，以在所述位移机构对所述固定机构的位移驱动下调整待加工部件的位置。

进一步的，还包括：

人机交互终端，所述人机交互终端包括相互数据连接的控制器、处理器和触控屏；

所述触控屏，用于获取和显示用户指令；

所述处理器，用于根据所述用户指令生成控制命令；

所述控制器与所述驱动机构和/或所述电源控制连接，用于根据所述控制命令控制所述驱动机构和/或所述电源运行；

所述控制命令至少包括转速调节命令、转向调节命令、旋转时间调节命令以及压力调节命令。

本发明还提供了一种点焊方法，基于所述点焊装置；包括如下步骤：

通过一对所述搅拌头对待加工部件进行搅拌摩擦点焊；同时，通过一对所述电极在一对所述搅拌头之间接通电流。

在上述技术方案中，该点焊装置采用了搅拌摩擦点焊与电阻点焊相结合的方式对待加工部件进行焊接，搅拌摩擦点焊主要是通过高速旋转产生的热量和旋转力使待加工部件形成塑性流动，所以当在其中通入电流的时候，能够同时依靠电流产生热量增强焊接部位的融化，而此时搅拌头的搅拌作用便可以对融化的位置进行更加均匀的搅拌，使该部分的组织被搅拌的更加细小和均匀，以此来改善焊核区的组织。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的点焊装置的结构图；

图2为图1提供的点焊装置的局部放大图；

图3为本发明一个实施例提供的电极的爆炸图；

图4为本发明一个实施例提供的电极夹持机构的爆炸图；

图5为本发明一个实施例提供的人机交互终端的电路连接图。

附图标记：

1、位移机构；2、驱动机构；3、电极；

4、电源；5、电极夹持机构；6、固定机构；

7、人机交互终端；8、待加工部件；

11、滑轨；21、机头；22、搅拌头；

211、电机；212、主轴；213、刀柄；

31、锁紧套；32、调节缝隙；33、固定槽；

41、导电件；51、夹持件；52、弧形槽；

61、顶紧件；

71、控制器；72、处理器；73、触控屏。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供的一种点焊装置，包括：

位移机构1；

驱动机构2，所述驱动机构2包括至少一对机头21，至少一对所述机头21相对安装在所述位移机构1上，以在所述位移机构1的驱动下调整至少一对所述机头21之间的相对距离；所述机头21上绝缘安装有搅拌头22；

至少一对电极3，任意一对所述电极3分别与任意一对所述机头21上的搅拌头22电连通；

电源4，所述电源4的两极分别与至少一对所述电极3电连通。

在该点焊装置中，采用了搅拌摩擦点焊与电阻点焊相结合的方式对待加工部件8进行焊接，即在搅拌摩擦点焊的过程中施加电流。在该过程中，搅拌摩擦点焊主要是通过高速旋转产生的热量和旋转力使待加工部件形成塑性流动，所以当在其中通入电流的时候，能够同时依靠电流产生热量增强焊接部位的融化，而此时搅拌头的搅拌作用便可以对融化的位置进行更加均匀的搅拌，使该部分的组织被搅拌的更加细小和均匀，以此来改善焊核区的组织。

通过该种方式进行焊接，既可以克服单独采用电阻点焊因导电性强而产热不足的问题，也可以克服单独采用搅拌摩擦点焊产生“匙孔”的问题(“匙孔”即是组织不够细小和均匀所致)。所得到的焊接接头能够集合二者的优点，使得到的焊接接头的力学性能可以获得较大的改善。

继续参考图1，当需要进行焊接操作时，可以利用所述位移机构1调整机头21的位置，从而将一对机头21夹持在待加工部件8的两端，使一对搅拌头22对待加工部件8的焊接位置进行抵接或夹持。机头21驱动搅拌头22转动，便可以对待加工部件8的焊接位置进行搅拌摩擦点焊。

在进行搅拌摩擦点焊的同时开启电源4，此时电源4与一对电极3电连通，该对电极3与一对搅拌头22之间连通，能够在电源4、一对电极3、一对搅拌头22和待加工部件8之间形成电流通路，电流流经待加工部件8，便可以对焊接位置形成电阻点焊效果。所以，通过该点焊装置便可以将搅拌摩擦点焊与电阻点焊进行结合，并将搅拌摩擦点焊与电阻点焊同时进行，所得到的焊接接头能够集合二者的优点，经过该方式焊接后可以改善焊核区的组织，提高焊接接头的力学性能。

需要说明的是，搅拌头22与电极3之间的电连通，以及电极3与电源4的两极之间的电连通可以采用电接触的连通方式，也可以采用电连接的连通方式，只要能够保证电源4、一对电极3、一对搅拌头22和待加工部件8之间形成电流通路，并不影响搅拌头22的转动即可。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的装配方式，在此不做限定。同时，为了提高工作效率以及节省装置制造成本，还可以在该点焊装置上设置多对机头21，并利用位移机构1对多对机头21以及其上的搅拌头22进行位移控制，实现多组点焊操作的同时进行。由于对每对机头21的位移操作方式相同，故在此不作赘述。

优选的，所述位移机构1包括：至少一条滑轨11，任意一对所述机头21滑动安装在任意一条所述滑轨11上。继续参考图1和图2，机头21安装在滑轨11上后可以沿着滑轨11的滑动轨迹往复直线移动，当需要调整一对所述机头21的相对距离时，可以驱动至少一个机头21在滑轨11上直线移动，对二者的相对距离进行调整。除此之外，位移机构1也可以采用机械手臂、连杆组件、伸缩组件等对固定机构6进行位移驱动，在此不再赘述。在滑轨11的设置中，可以同时设置多条滑轨11，并在每个滑轨11上设置一对机头21，从而可以同时进行多组点焊操作。

进一步的，所述机头21包括：电机211和主轴212，所述主轴212安装在所述电机211的输出端，所述搅拌头22安装在所述主轴212的端部。继续参考图1和图2，机头21采用电机211和主轴212构成，电机211转动能够带动主轴212转动，主轴212转动能够带动搅拌头22转动。所以，控制电机211的转动就能够驱动搅拌头22通过转动在待加工部件8的焊接位置进行搅拌摩擦点焊。此过程中，通过控制电机211的转速和转向，也能够直接的调整搅拌头22的转速和转向。同时，该机头21还可以设置底座、支架等相关结构保证电机211和主轴212之间的装配稳定性以及安装灵活性，本领域技术人员可以根据需求设置，在此不做限定。

进一步的，所述机头21还包括：电极夹持机构5；所述电极3为柱状电极3，所述电极夹持机构5的夹持端开设有与所述柱状电极3配合的弧形槽52，以将所述柱状电极3活动夹持在所述弧形槽52内；所述柱状电极3绝缘安装在所述主轴212的端部，所述搅拌头22导电安装在所述柱状电极3的端部；所述柱状电极3通过所述电极夹持机构5与所述电源4电连通。

结合图2和图4所示，电极夹持机构5上提供的弧形槽52能够与柱状电极3的柱状结构形成良好的搭配。通过柱状电极3与主轴212和搅拌头22之间的装配，当电机211驱动主轴212转动时，主轴212可以带动柱状电极3和搅拌头22同步转动。该种装配方式属于电接触连通方式的一种具体结构，在该种装配方式中，柱状电极3能够与电极夹持机构5通过接触而电连通，但并不发生相对限制的连接关系。

在该装配方式中，搅拌头22在待加工部件8的焊接位置进行搅拌摩擦点焊，柱状电极3在弧形槽52内沿着弧形槽52的弧形面转动，该弧形槽52的配合结构不仅能够允许柱状电极3与搅拌头22同时转动，而且还能够在柱状电极3转动的过程中与该柱状电极3电连通，进而在搅拌头22和待加工部件8之间接通电流，在搅拌摩擦点焊的同时对待加工部件8进行电阻点焊，使两种点焊方式结合在一起。

其中，柱状电极3绝缘与主轴212绝缘安装，可以实现机头21与搅拌头22之间的绝缘安装，能够防止点焊过程中产生漏电现象。搅拌头22导电安装在所述柱状电极3的端部，可以使电源4的电流导通至搅拌头22，以对待加工部件8导通电流。

进一步的，所述电极夹持机构5包括：一对夹持件51，所述弧形槽52位于一对所述夹持件51的夹持端；一对所述夹持件51通过弹性件相对连接，以弹性夹持所述柱状电极3。

如图3和图4所示，在该实施例中，所述电极夹持机构5的夹持端即为所述夹持件51的夹持端，柱状电极3与一对夹持件51装配时即夹持在一对夹持件51的弧形槽52内。同时，一对夹持件51对柱状电极3进行夹持装配时，是采用弹性夹持的方式，即在一对夹持件51对柱状电极3进行夹持装配后，通过弹性件连接一对夹持件51。所以，在柱状电极3转动的过程中，一对夹持件51能够对柱状电极3形成弹性夹持效果，该种弹性夹持方式既不会降低夹持牢靠性，也不会阻碍柱状电极3的顺畅转动，还能够对柱状电极3形成良好的电连通效果，保证点焊操作的正常进行。

进一步的，所述电源4通过导电件41与所述夹持件51电连通。继续参考图2所示，导电件41能够调整电源4与夹持件51之间的距离和位置，所以通过在电源4和夹持件51之间连接导电件41，可以更方便电源4和夹持件51在点焊装置中的装配，使二者在整体中能够以合理的位置和距离进行装配，提高了装配的灵活性，同时也能够保证良好的电连通效果。优选的，所述导电件41为编织铜带。除此之外，所述导电件41还可以采用其他导电的结构，在此不再赘述。

进一步的，所述柱状电极3的端部开设有固定槽33，所述搅拌头22安装在所述固定槽33内。

如图3和图4所示，搅拌头22与固定槽33的结构相互适配，将搅拌头22安装在固定槽33内以后，不仅能够使搅拌头22与柱状电极3之间充分接触，保证电连通效果，还可以保证二者之间的装配牢靠性。

进一步的，所述机头21还包括：锁紧套31；所述柱状电极3的端部开设有至少一条延伸至所述固定槽33的调节缝隙32，所述锁紧套31套装在所述柱状电极3的端部，以锁紧所述搅拌头22。

参考图3和图4，调节缝隙32能够使固定槽33具有一定程度的可调节性，将搅拌头22安装在固定槽33内时可以扩大调节缝隙32，便于安装。当搅拌头22安装在固定槽33内后，可以通过缩小调节缝隙32对搅拌头22夹紧，以利于固定。在该实施例中，调节缝隙32的缩小调节可以采用锁紧套31实现，将锁紧套31套装在柱状电极3的端部即可以对固定槽33和搅拌头22夹紧。

进一步的，所述机头21还包括：刀柄213，所述刀柄213安装在所述主轴212的端部；所述柱状电极3绝缘安装在所述刀柄213上，以实现所述柱状电极3与所述主轴212的绝缘安装。

继续参考图2，在对柱状电极3进行安装时，可以采用刀柄213间接与主轴212进行安装。通过刀柄213的间接安装可以根据主轴212和柱状电极3的结构设置对应结构的刀柄213，而不直接对主轴212或柱状电极3的结构进行适应性改造，从而降低了成本。刀柄213的结构设置和材料选择可以更为廉价，并且也可以方便柱状电极3的随时更换拆卸。

所述柱状电极3与所述刀柄213绝缘安装，以此来实现所述柱状电极3与所述主轴212的绝缘安装。优选的，所述刀柄213和所述柱状电极3之间通过绝缘套连接。除此之外，二者之间也可以采用其他结构或其他绝缘部件进行绝缘安装，在此不做限定。

进一步的，还包括：固定机构6，用于夹持待加工部件8；所述固定机构6安装在所述位移机构1上，以在所述位移机构1对所述固定机构6的位移驱动下调整待加工部件8的位置。

如图2所示，通过位移机构1对固定机构6的驱动，可以调整固定机构6的位置。该固定机构6上可以采用立板和顶紧件61相互配合的方式对待加工部件8进行夹紧或顶紧，以使待加工部件8能够随着固定机构6的移动而调整其本身的位置。通过对待加工部件8的位置调整，与搅拌头22的位置进行配合，完成对预设位置的焊接操作。

其中，所述位移机构1也可以采用滑轨11的结构，即将固定机构6滑动安装在滑轨11上，以通过在滑轨11上沿着滑动轨迹滑动而调整其本身的位置。除此之外，位移机构1也可以采用机械手臂、连杆组件、伸缩组件等对固定机构6进行位移驱动，在此不再赘述。

进一步的，还包括：人机交互终端7，所述人机交互终端7包括相互数据连接的控制器71、处理器72和触控屏73；所述触控屏73，用于获取和显示用户指令；所述处理器72，用于根据所述用户指令生成控制命令；所述控制器71与所述驱动机构2和/或所述电源4控制连接，用于根据所述控制命令控制所述驱动机构2和/或所述电源4运行；所述控制命令至少包括转速调节命令、转向调节命令、旋转时间调节命令以及压力调节命令。

通过人机交互终端7的触控屏73能够实现在点焊操作时对各工艺参数进行设定和及时的调整。例如，工作人员可以通过触控屏73输入相应的转速、转向、旋转时间以及压力等，以按照预设的工艺参数进行点焊操作。同时，在点焊的过程中也可以对转速、转向、旋转时间以及压力进行调整，从而根据实际点焊情况调整点焊的效果。其中，所述控制命令还可以根据实际情况进行增减，在此不做限定。

本发明还提供了一种点焊方法，基于所述点焊装置；包括如下步骤：

通过一对所述搅拌头22对待加工部件8进行搅拌摩擦点焊；同时，通过一对所述电极3在一对所述搅拌头22之间接通电流。

在该点焊方法中，可以将搅拌摩擦点焊与电阻点焊进行结合，所得到的焊接接头能够集合二者的优点，经过该方法焊接后可以改善焊核区的组织，提高焊接接头的力学性能。由于所述点焊装置的具体结构、功能原理以及技术效果均在前文详述，在此便不再赘述。所以，任何有关于所述点焊装置的技术内容，均可参考前文的记载。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种点焊装置，其特征在于，包括：

位移机构；

驱动机构，所述驱动机构包括至少一对机头，至少一对所述机头相对安装在所述位移机构上，以在所述位移机构的驱动下调整至少一对所述机头之间的相对距离；所述机头上绝缘安装有搅拌头；

至少一对电极，任意一对所述电极分别与任意一对所述机头上的搅拌头电连通；

电源，所述电源的两极分别与至少一对所述电极电连通；

所述机头包括电机和主轴，所述主轴安装在所述电机的输出端，所述搅拌头安装在所述主轴的端部；所述机头还包括电极夹持机构；所述电极为柱状电极，所述电极夹持机构的夹持端开设有与所述柱状电极配合的弧形槽，以将所述柱状电极活动夹持在所述弧形槽内；所述柱状电极绝缘安装在所述主轴的端部，所述搅拌头导电安装在所述柱状电极的端部；所述柱状电极通过所述电极夹持机构与所述电源电连通；所述电极夹持机构包括一对夹持件，所述弧形槽位于一对所述夹持件的夹持端；一对所述夹持件通过弹性件相对连接，以弹性夹持所述柱状电极。

2.根据权利要求1所述的点焊装置，其特征在于，所述位移机构包括：

至少一条滑轨，任意一对所述机头滑动安装在任意一条所述滑轨上。

3.根据权利要求1所述的点焊装置，其特征在于，所述电源通过导电件与所述夹持件电连通。

4.根据权利要求3所述的点焊装置，其特征在于，所述导电件为编织铜带。

5.根据权利要求1所述的点焊装置，其特征在于，所述柱状电极的端部开设有固定槽，所述搅拌头安装在所述固定槽内。

6.根据权利要求5所述的点焊装置，其特征在于，所述机头还包括：

锁紧套；

所述柱状电极的端部开设有至少一条延伸至所述固定槽的调节缝隙，所述锁紧套套装在所述柱状电极的端部，以锁紧所述搅拌头。

7.根据权利要求1所述的点焊装置，其特征在于，所述机头还包括：

刀柄，所述刀柄安装在所述主轴的端部；所述柱状电极绝缘安装在所述刀柄上，以实现所述柱状电极与所述主轴的绝缘安装。

8.根据权利要求7所述的点焊装置，其特征在于，所述刀柄和所述柱状电极之间通过绝缘套连接。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的点焊装置，其特征在于，还包括：

固定机构，用于夹持待加工部件；

所述固定机构安装在所述位移机构上，以在所述位移机构对所述固定机构的位移驱动下调整待加工部件的位置。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的点焊装置，其特征在于，还包括：

人机交互终端，所述人机交互终端包括相互数据连接的控制器、处理器和触控屏；

所述触控屏，用于获取和显示用户指令；

所述处理器，用于根据所述用户指令生成控制命令；

所述控制器与所述驱动机构和/或所述电源控制连接，用于根据所述控制命令控制所述驱动机构和/或所述电源运行；

所述控制命令至少包括转速调节命令、转向调节命令、旋转时间调节命令以及压力调节命令。

11.一种点焊方法，其特征在于，基于如权利要求1-10中任一项所述的点焊装置；包括如下步骤：

通过一对所述搅拌头对待加工部件进行搅拌摩擦点焊；同时，通过一对所述电极在一对所述搅拌头之间接通电流。

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