CN110722278A - 一种电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接设备技术领域，特别是涉及一种电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统。包括驱动机构、焊枪机构、旋转挤压机构以及连接架，焊枪机构导向滑移装配在连接架上，焊枪机构上还设置有自调机构，自调机构用于在旋转挤压机构旋转挤压增材时调整焊枪机构的位置、以使焊枪机构和焊接平台的间距保持不变，驱动机构用于控制旋转挤压机构进行旋转挤压作业。通过采用本发明的焊接系统，使得旋转挤压机构和焊枪机构能够同步运动，提高了旋转挤压机构和焊枪机构的协同性，保证了焊接过程的标准化；此外，自调机构的设置使得焊枪与焊接平台之间的间距始终保持不变，保证了焊接作业的稳定性，进而保证了焊接质量。

Description

一种电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统

技术领域

本发明涉及焊接设备技术领域，特别是涉及一种电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统。

背景技术

由于电弧增材制造过程是一个非平衡态的凝固过程且需要经历多重的热输入，这使得人们普遍认为电弧增材的综合力学性能要低于常规加工方法所获得的材料结构。而为了改善电弧增材的组织及性能，现有技术中也有学者提出对电弧增材进行微铸锻、超声冲击、锤击等辅助加工，以改善电弧增材的应力分布并细化晶粒，并最终实现电弧增材随焊形变强化的目的。

例如在申请公布号为CN109590625A的中国发明专利申请中即公开了一种电弧增材成形与搅拌摩擦加工的复合制造方法，该复合制造方法通过在焊枪的后侧设置搅拌头，当增材成形后，通过后方的搅拌头对增材搅拌摩擦，从而实现随焊形变强化的作用。但是该专利文献中的搅拌头和焊枪是相对独立运行的，焊接时，搅拌头和焊枪很容易出现不能同步调整的问题，从而不能满足焊接过程的标准化、协同化的作业要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统，用于解决现有技术中搅拌头和焊枪的协同性较差的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统，采用如下的技术方案：

一种电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统包括驱动机构、焊枪机构、旋转挤压机构以及连接在焊枪机构和旋转挤压机构之间的连接架，所述旋转挤压机构与连接架固定连接，所述焊枪机构滑动装配在连接架上，所述焊枪机构上还设置有自调机构，自调机构用于在旋转挤压机构旋转挤压增材时驱动焊枪机构在连接架上滑动、以使焊枪机构和焊接平台的间距保持不变，所述驱动机构用于控制旋转挤压机构进行旋转挤压作业。

进一步地，所述自调机构包括顶推件和弹性复位件，所述顶推件的一端与焊枪机构固定连接、另一端用于顶压在焊接平台上，所述弹性复位件用于向顶推件施加弹性作用力、以使顶推件顶压在焊接平台上。

进一步地，所述弹性复位件为复位弹簧，所述复位弹簧夹持在连接架和顶推件之间。

进一步地，所述顶推件用于朝向焊接平台的一端设置有滑轮。

进一步地，所述顶推件为L型，顶推件可拆固定在焊枪机构上。

进一步地，所述连接件的一侧固定连接在旋转挤压机构上，连接架的另一侧设置有导向孔，所述焊枪机构滑动装配在导向孔内。

进一步地，所述连接架为伸缩式连接架。

进一步地，所述焊枪机构上还设置有挡止件，所述挡止件用于与连接架相互挡止、以限制焊枪机构的导向位移量。

进一步地，所述驱动机构包括机械臂和控制装置，所述控制装置用于操控机械臂动作、以使旋转挤压机构和增材的作用力保持恒定。

进一步地，还包括焊接电源。

本发明实施例一种电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统与现有技术相比，其有益效果在于：通过采用本发明的焊接系统，由于旋转挤压机构和焊枪机构是通过连接架连接在一起的，旋转挤压机构和焊枪机构能够在水平方向上同步移动，提高了旋转挤压机构和焊枪机构的协同性，并保证了焊接过程的标准化，避免了分别独立操控时，容易造成旋转挤压机构和焊枪机构间距等参数容易变化的情况。此外，自调机构的设置使得焊枪机构能够自行调整，并使得焊枪与焊接平台之间的间距始终保持不变，这样避免了旋转挤压机构在对增材进行旋转挤压时容易带动焊枪机构随动(竖直方向的运动)、进而容易造成焊枪机构和焊接平台之间间距不稳定的情况，保证了焊接作业的稳定性，进而保证了焊接质量。

附图说明

图1是本发明实施例的电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统的整体结构原理示意图；

图2是本发明实施例的电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统的侧视示意图；

图3是本发明实施例的电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统的立体示意图；

图4是图3中A处的局部放大图；

图5是图4中B处的局部放大图。

图中，1-机械臂，2-焊接平台，3-自调机构，301-弹性复位件，302-顶推件，303-滑轮，4-旋转挤压机构，401-电主轴，402-旋转挤压头，5-连接架，501-导向孔，6-焊枪机构，601-焊枪气管，7-控制装置，8-焊接电源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1至图5所示，本发明实施例优选实施例的一种电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统。电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统包括驱动机构、焊枪机构6、旋转挤压机构4以及连接在焊枪机构6和旋转挤压机构4之间的连接架5，所述搅拌头机4构与连接架5固定连接，所述焊枪机构6滑动装配在连接架5上，所述焊枪机构6上还设置有自调机构3，自调机构3用于在旋转挤压机构4旋转挤压增材时驱动焊枪机构6在连接架5上滑动、以使焊枪机构6和焊接平台2的间距保持不变，所述驱动机构用于控制旋转挤压机构4进行旋转挤压作业。

具体而言，本实施例中驱动机构包括机械臂1和控制装置7，机械臂1具体为重载机器人，控制装置7为PLC控制系统，机械臂1和控制装置7电性连接。本实施例中焊枪机构6和旋转挤压机构4均安装在机械臂1的操作端处，具体的，如图2和图3所示，本实施例中旋转挤压机构4直接与机械臂1的操作端安装固定，而焊枪机构6则通过连接架5与旋转挤压机构4连接固定。这样当机械臂1动作时，即会带动旋转挤压机构4和焊枪机构6同步动作，从而实现旋转挤压机构4和焊枪机构6的协同作业。

本实施例中旋转挤压机构4包括电主轴401以及安装在电主轴401下方的旋转挤压头402，旋转挤压头402在电主轴401的作用下能够转动，从而实现对成形增材的旋转挤压。由于旋转挤压机构4为成熟的现有技术，本实施例中不再对旋转挤压机构4的具体结构和原理详述。由于在实际电弧增材制造过程中，前道焊缝不可避免的会出现高低不平的现象，为了保证旋转挤压机构4旋转挤压过程的连续性和稳定性，本实施例的驱动机构为恒压驱动机构，即驱动机构能够及时调整旋转挤压头402和焊缝(焊接平台2)的间距，从而保证旋转挤压头402和焊接平台2的作用力始终维持在设定的压力数值。为了实现上述目的，本实施例中驱动机构还包括压力传感器，压力传感器用于监测焊接平台2对旋转挤压头402的反作用力，而控制装置7内预存有设定作用力参数(也可以为一定范围的阈值)，当压力传感器监测的反作用力数值大于或小于设定作用力参数时(或者超过阈值的两边临界值)，控制装置7即会操控机械臂1动作、以将旋转挤压头402矫正至与设定作用力(阈值)相对应的位置处。例如当旋转挤压头402向焊接平台2挤压并超过设定作用力参数时，控制装置7会操控机械臂1抬升、以调整旋转挤压头402和焊接平台2之间的作用力，从而减弱旋转挤压头402和焊接平台2的相互作用。在其他实施例中，机械臂1上也可以通过安装恒压机构实现恒压调整，恒压机构的作用原理在授权公告号CN203220338U、专利名称为一种鞋面抛光机的按摩装置的中国实用新型专利中已有所公开，本实施例中不再对恒压机构详述。

本实施例中焊枪机构6通过连接架5安装固定在旋转挤压机构4的电主轴401上，连接架5为L型支架，连接架5的一侧直接与电主轴401的外壳一体设置，在其他实施例中连接架5也可以通过插卡固定、螺钉固定等可拆固定的方式安装在电主轴401的外壳上。本实施例中连接架5用于与焊枪机构6连接的一侧设置有导向孔501，焊枪机构6即导向滑移装配在导向孔501内，具体的，本实施例中焊枪机构6包括焊枪气管601，焊枪气管601导向滑移装配在连接架5的导向孔501内，具体如图4所示。焊枪机构6还包括用于连接焊枪气管601的气管接头，气管接头位于焊枪气管601的上端，本实施例中焊枪机构6通过焊枪接头和连接架5(具体为导向孔501的上孔沿)的相互挡止实现对焊枪机构6导向滑移量(具体为向下的滑移量)的限制，气管接头构成本实施例中的挡止件。在其他实施例中挡止件也可以为设置在焊接气管外周侧的凸起，通过凸起与导向孔501上孔沿的相互挡止实现对导向滑移量的限制。

本实施例中自调机构3包括顶推件302和弹性复位件301，顶推件302即为一块L型板材，顶推件302可拆安装在焊枪气管601上，具体的，本实施例中顶推件302的一端设置有螺纹孔，顶推件302通过螺纹孔螺纹装配在焊枪气管601的底部。本实施例中弹性复位件301为复位弹簧，复位弹簧套设在焊枪气管601的外侧，具体的，焊枪气管601套设在连接架5和顶推件302之间的焊接气管部分。本实施例中顶推件302的底端(即用于朝向焊接平台2的一端)要超出焊枪机构6的底端，这样的设计使得顶推件302始终与焊接平台2接触，而焊枪机构6与焊接平台2之间始终保持有恒定的间距，该恒定的间距即为顶推件302底端超出焊枪机构6底端的长度。

由于焊接过程中焊枪机构6需要随着焊缝的延伸方向进行移动，为了避免顶推件302与焊接平台2摩擦作用力较大的情况，本实施例中在顶推件302的底端安装有滑轮303，顶推件302的底部设置有安装凹槽，而滑轮303通过转轴转动转配在安装凹槽内，具体如图5所示。需要说明的是，本实施例中安装滑轮303的转轴与焊枪机构6的移动方向垂直设置。当进行焊接作业时，复位弹簧会向顶推件302施加作用力，从而将顶推件302顶压在焊接平台2上，此时由于顶推件302的底端超出焊枪机构6的底端，焊枪机构6的底端与焊接平台2之间具有一定的间距，当焊枪机构6移动时，顶推件302底端的滑轮303会与焊接平台2之间发生滚动，从而方便焊枪机构6的移动。

本实施例的电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统还包括焊接平台2和焊接电源8，焊接平台2即为常见的操作台。如图1所示，本实施例中焊接电源8的正极与焊枪机构6导电连接，焊接电源8的负极与焊接平台2导电连接。

本发明的工作过程为：焊接作业前，首先需要调整旋转挤压头402和焊接平台2之间的间距、焊枪机构6和焊接平台2之间的间距。待调整完毕后即可开启焊机作业，焊接时，焊枪机构6会在前方对焊缝进行焊接或者增材，而旋转挤压机构4则会在后方对焊接形成的沉积层进行旋转旋转挤压处理，细化晶粒、改变应力分布，使沉积层发生形变强化，并最终实现焊缝或者增材件随焊强化的目的。旋转挤压机构4旋转挤压时，控制装置7会对旋转挤压机构4进行微调整，从而保证旋转挤压机构4和焊接平台2之间的恒压作用。另外，随着旋转挤压机构4的上下位移，旋转挤压机构4会通过连接架5对焊枪机构6进行作用，但是由于自调机构3的设置，焊枪机构6的底端会始终与焊接平台2之间保持固定不变的间距，例如当旋转挤压机构4下压时，连接架5下行，连接架5会压缩弹性复位件301，弹性复位件301又会下压顶推件302，此时顶推件302与焊接平台2之间的作用力会增加，但是由于顶推件302的底端不会发生向下的位移，焊枪机构6的底端也不会发生向下的位移；当旋转挤压机构4上行时，此时连接架5上行，弹性复位件301会伸展，由于受到弹性复位件301的作用力变小，顶推件302与焊接平台2之间的作用力也会变小，但是顶推件302的底端在重力作用和弹性复位件301的作用下仍会顶压在焊接平台2上，焊枪机构6的底端与焊接平台2之间的间距也会保持不变，从而保证了焊枪机构6焊接的稳定性。

综上，本发明实施例提供一种电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统，其通过连接架5将旋转挤压机构4和焊枪机构6连接在一起的，这样使得旋转挤压机构4和焊枪机构6能够同步运动，提高了旋转挤压机构4和焊枪机构6的协同性，并保证了焊接过程的标准化，避免了分别独立操控时，容易造成旋转挤压机构4和焊枪机构6间距等参数容易变换的情况。此外，自调机构3的设置使得焊枪与焊接平台2之间的间距始终保持不变，避免了旋转挤压机构4在对焊缝或者沉积层进行旋转挤压时容易带动焊枪机构6随动、而容易造成焊枪机构6和焊接平台2之间间距不稳定的情况，保证了焊接作业的稳定性，进而保证了焊接质量。

在其他实施例中：为了方便焊枪机构6和旋转挤压机构4之间间距的调整，连接架5可以为伸缩式连接架5，即连接架5可以伸展，具体的可以通过伸缩杆结构或套筒结构的方式来实现。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统，其特征在于：包括驱动机构、焊枪机构(6)、旋转挤压机构(4)以及连接在焊枪机构(6)和旋转挤压机构(4)之间的连接架(5)，所述旋转挤压机构(4)与连接架(5)固定连接，所述焊枪机构(6)滑动装配在连接架(5)上，所述焊枪机构(6)上还设置有自调机构(3)，自调机构(3)用于在旋转挤压机构(4)旋转挤压增材时驱动焊枪机构(6)在连接架(5)上滑动、以使焊枪机构(6)和焊接平台(2)的间距保持不变，所述驱动机构用于控制旋转挤压机构(4)进行旋转挤压作业。

2.根据权利要求1所述的电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统，其特征在于：所述自调机构(3)包括顶推件(302)和弹性复位件(301)，所述顶推件(302)的一端与焊枪机构(6)固定连接、另一端用于顶压在焊接平台(2)上，所述弹性复位件(301)用于向顶推件(302)施加弹性作用力、以使顶推件(302)顶压在焊接平台(2)上。

3.根据权利要求2所述的电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统，其特征在于：所述弹性复位件(301)为复位弹簧，所述复位弹簧夹持在连接架(5)和顶推件(302)之间。

4.根据权利要求2所述的电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统，其特征在于：所述顶推件(302)用于朝向焊接平台(2)的一端设置有滑轮(303)。

5.根据权利要求2所述的电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统，其特征在于：所述顶推件(302)为L型，顶推件(302)可拆固定在焊枪机构(6)上。

6.根据权利要求1所述的电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统，其特征在于：所述连接件的一侧固定连接在旋转挤压机构(4)上，连接架(5)的另一侧设置有导向孔(501)，所述焊枪机构(6)滑动装配在导向孔(501)内。

7.根据权利要求6所述的电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统，其特征在于：所述连接架(5)为伸缩式连接架。

8.根据权利要求6所述的电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统，其特征在于：所述焊枪机构(6)上还设置有挡止件，所述挡止件用于与连接架(5)相互挡止、以限制焊枪机构(6)的导向位移量。

9.根据权利要求1所述的电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统，其特征在于：所述驱动机构包括机械臂(1)和控制装置(7)，所述控制装置(7)用于操控机械臂(1)动作、以使旋转挤压机构(4)和增材的作用力保持恒定。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的电弧焊和搅拌摩擦焊复合焊接系统，其特征在于：还包括焊接电源(8)。

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