CN111843179B - 一种多机头动龙门搅拌摩擦焊装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多机头动龙门搅拌摩擦焊装置，属于搅拌摩擦焊设备技术领域。该装置主要包括齐平地面设置且上端设有龙门架以及上端沿宽度方向设有位于龙门架正下端的工作台的底座、焊接机头、动力系统、焊接测量元件、智能控制元件、与各个电气元件电性连接的电源；本发明将多个搅拌摩擦焊焊接机头集成在一个床身的搅拌摩擦焊接设备，此设备具备多元化特点，能同时满足多种需求，焊接性能多元化远远优于传统搅拌摩擦焊，实现一台设备焊接各种复杂零件；通过电磁吸附板将焊件吸附在多个T型滑动吸附块上端，并通过马达驱动各个T型滑动吸附块在定位滑动槽内滑动，从而完成焊件位置的自动调节，结构简单，操作方便，降低工作人员的工作量。

Description

一种多机头动龙门搅拌摩擦焊装置

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊设备技术领域，具体涉及一种多机头动龙门搅拌摩擦焊装置。

背景技术

搅拌摩擦焊接是高速旋转的搅拌头扎入工件后沿焊接方向运动，在搅拌头与工件的接触部位产生摩擦热，使其周围金属形成塑性软化层，软化层金属在搅拌头旋转的作用下填充搅拌针后方所形成的空腔并在搅拌头轴肩和搅拌针的搅拌及挤压下实现材料连接的固相焊接方法，与传统的焊接方法相比，搅拌摩擦焊接具有焊接强度高、焊接接头外观平整、焊后残余应力小、变形小、无污染、高效节能等优点。

搅拌摩擦焊被誉为新型轻合金材料连接的优选焊接技术，发明至今17年以来，在国外,搅拌摩擦焊已经在诸多制造领域达到规模化、工业化的应用水平。在国内工业制造领域也在这2两年开始广泛被应用，如在铝合金结构制造中取代传统熔焊在航空、航天、船舶、建筑、兵器、轨道交通、汽车、电子、电力等行业都在逐步大量应用。世界范围内的交通运输工具正趋向于轻量化发展，特别是中国，中国的交通运输业发展迅猛，成为铝合金材料消耗多的国家。

现有搅拌摩擦焊装置虽然在我国工业制造领域有颇多应用，但仍然存在缺陷，具体为：1)若采用多条焊缝同时焊接，可增加焊接效率，现有的搅拌头功能单一，只能满足某一种需求，不具备多种搅拌摩擦焊的需求；2)焊件在工作台上固定时，位置不方便调节，且固定性不好，导致焊接时焊件发生偏僻，从而影响焊接结果；3)对焊接温度不能检测，同时对焊接路线不能追踪，容易发生焊接跑偏现象，降低焊接效果；4)搅拌头进行搅拌焊接时，温度过高需要降温时，降温方式大一，且采用单独的冷却方式，冷却效果不佳，通过冷却水冷却时，容易使焊件表面发生氧化。

发明内容

针对现有的技术问题，本发明提供一种多机头动龙门搅拌摩擦焊装置。

本发明的技术方案是：一种多机头动龙门搅拌摩擦焊装置，主要包括齐平地面设置且上端设有龙门架以及上端沿宽度方向设有位于所述龙门架正下端的工作台的底座、设于龙门架横梁前后两侧且位于所述工作台上端的多个不同规格的焊接机头、驱动各个所述焊接机头移动的动力系统、焊接测量元件、智能控制元件、与各个电气元件电性连接的电源；

所述工作台上设有可沿工作台宽度方向滑动的焊接移动板，所述焊接移动板上端设有用于固定焊接件的焊接固定件，焊接移动板上端面设有呈网格状的定位滑动槽，所述焊接固定件包括底端设有可在所述定位滑动槽内滑动的定位滑块且上端设有电磁吸附板的多个T型滑动吸附块、设于所述T型滑动吸附块底端且驱动焊接移动板在定位滑动槽内滑动的马达；

所述焊接测量元件包括设于焊接机头处且用于测量焊缝温度的测温传感器、设于焊接机头处且用于测量焊接机头的焊接路线的激光追踪器；

所述智能控制元件包括用于控制各个电气元件正常运行的控制器、与所述控制器连接且用于检测装置内各个元件的工作状态的故障检测模块、与控制器连接且用于显示各个元件工作状态的显示屏、通过无线信号与控制器连接的遥控器。

进一步地，所述底座上设有操作台，所述操作台有两个，两个操作台分别位于龙门架两侧，且两个操作台均可观察到所有焊接机头，通过设置操作台可兼顾观察前后侧的所有焊接机头，方便观察各个焊接机头的工作情况，且在底座左右两侧均设有，可方便工作人员在装置任意一侧都可操作装置，增加便捷性。

进一步地，所述焊接机头上端设有与龙门架横梁连接的水冷刀柄，所述水冷刀柄用于焊接钢及钛合金，通过水冷刀柄的设置，可降低焊接机头高速旋转所产生的热量，避免热输入量过高造成焊接过程产生焊接缺陷、接头热影响区扩大、焊接机头快速磨损等不利影响。

进一步地，所述水冷刀柄包括与龙门架横梁连接且上端设有出口和入口的中空连接筒、设于所述中空连接筒内部且两端分别与所述出口和入口连接的螺旋冷却管、设于中空连接筒底端的中空刀柄，所述焊接机头设于所述中空刀柄底端，所述螺旋冷却管底端贯穿中空刀柄、焊接机头且延伸至焊接机头底端，螺旋冷却管贴附中空刀柄、焊接机头内壁设置，中空连接筒上设有进风口，所述进风口通过连接管连接有空压机，焊接机头底端沿周向设有多个冷却出风口，冷却液经入口进入螺旋冷却管内，对中空刀柄和焊接机头内部进行冷却，冷却后的冷却液经出口流出，形成一个封闭的系统，避免了冷却液泄漏喷出使焊件氧化的问题，同时，通过空压机对内部进行风冷，而冷却后的风流经冷却出风口流出，通过双重冷却的方式能够有效的带走焊接过程中多余的热量，避免热输入量过高造成焊接过程产生焊接缺陷、接头热影响区扩大的问题，且贴附焊接机头内壁设置的螺旋冷却管对焊接机头冷却充分，效果好。

进一步地，所述焊接机头处设有铣刀片，所述铣刀片有多个，多个铣刀片沿焊接机头外周底端均匀分布，且铣刀片距地面的高度大于焊接机头距地面的高度，通过铣刀片的设置，可实现焊接和清理毛边同时进行，提高焊接后工件表面的光滑度，并且极大降低工作复杂程度，提高了时间利用率。

进一步地，每个所述焊接机头处倾斜设有压紧前导滚轮，所述压紧前导滚轮上端设有液压缸一，通过液压缸一的升降驱动压紧前导滚轮来完成薄板焊件的平整度的调节，提高焊接质量。

进一步地，所述龙门架左右两侧分别设有多个手轮输入件，所述手轮输入件用于更换龙门架的位置。

更进一步地，所述铣刀片上设有调节槽，铣刀片与焊接机头之间还有铣刀调节件，所述铣刀调节件包括前端设有可在所述调节槽内滑动卡接滑条的调节杆、用于连接所述调节杆和焊接机头的液压缸二，通过液压缸二的驱动，使卡接滑条在调节槽内滑动，从而带动铣刀片上下移动，完成铣刀片高度的调节，能根据焊件毛边的不同程度进行清理，增加装置可靠性。

本发明的搅拌摩擦焊装置的工作原理如下：

(1)根据需要选择对应的焊接机头，控制器启动各个马达，通过马达驱动各个焊接移动板在定位滑动槽内滑动，从而调节焊件所在位置，然后，将焊件平铺于各个焊接移动板上端，通过电磁吸附板对焊件进行固定；

(2)控制器启动动力系统，通过动力系统驱动对应的焊接机头靠近焊接板的接缝处，通过焊接机头的高速旋转完成搅拌摩擦焊接，在搅拌摩擦焊接过程中，通过测温传感器测量焊缝温度，通过激光追踪器测量焊接机头的焊接路线，通过铣刀片对焊件的毛边进行清理，当需要调节铣刀片的高度时，通过液压缸二的驱动，使卡接滑条在调节槽内滑动，从而带动铣刀片上下移动，完成铣刀片高度的调节，通过水冷刀柄降低焊接机头产生的热量，具体为：当冷却液经入口进入螺旋冷却管内，对中空刀柄和焊接机头内部进行冷却，冷却后的冷却液经出口流出，形成一个封闭的系统，同时，通过空压机对内部进行风冷，而冷却后的风流经冷却出风口流出，通过双重冷却的方式能够有效的带走焊接过程中多余的热量；

(3)当焊件为薄板时，控制器控制液压缸延伸，从而使压紧前导滚轮平压于焊件上端，对其平整度进行调节。

本发明的有益效果是：本发明提供一种多机头动龙门搅拌摩擦焊装置，具备以下的优点：

1、本发明将多个搅拌摩擦焊焊接机头集成在一个床身的搅拌摩擦焊接设备，此设备具备多元化特点，能同时满足多种需求，焊接性能多元化远远优于传统搅拌摩擦焊，实现一台设备焊接各种复杂零件。

2、本发明通过电磁吸附板将焊件吸附在多个T型滑动吸附块上端，并通过马达驱动各个T型滑动吸附块在定位滑动槽内滑动，从而完成焊件位置的自动调节，结构简单，操作方便，降低工作人员的工作量。

3、本发明通过焊接测量元件即可测量焊缝的温度，并及时对焊接机头进行降温，避免温度过高造成焊接过程产生焊接缺陷、接头热影响区扩大的问题。

4、本发明通过水冷刀柄内部构成封闭的冷却系统，避免了冷却液泄漏喷出使焊件氧化的问题，同时，通过空压机对内部进行风冷，而冷却后的风流经冷却出风口流出，通过双重冷却的方式能够有效的带走焊接过程中多余的热量，避免热输入量过高造成焊接过程产生焊接缺陷、接头热影响区扩大的问题。

5、本发明通过在焊接机头处设置多个角度可调的铣刀片，一方面，可实现焊接和清理毛边同时进行，提高焊接后工件表面的光滑度，并且极大降低工作复杂程度，提高了时间利用率，另一方面，铣刀片的角度可调节，从而提高了铣刀铣削时的精度，提高了工件的质量，满足了制造商的制造需求，铣削效果好。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的侧视图；

图4为本发明的图3中A处的局部放大图；

图5为本发明的焊接固定件与定位滑动槽的连接图；

图6为本发明的铣刀片在焊接机头上的安装图；

图7为本发明的铣刀调节件在焊接机头上的安装图；

图8为本发明的电气连接图。

其中，1-底座、10-龙门架、11-工作台、110-焊接移动板、1100-定位滑动槽、111-焊接固定件、1110-T型滑动吸附块、1111-定位滑块、1112-电磁吸附板、1113-马达、112-手轮输入件、12-操作台、2-焊接机头、20-水冷刀柄、21-中空连接筒、210-出口、211-入口、212-进风口、213-空压机、22-螺旋冷却管、23-中空刀柄、24-冷却出风口、25-压紧前导滚轮、250-液压缸一、3-动力系统、4-焊接测量元件、40-测温传感器、41-激光追踪器、5-智能控制元件、50-控制器、51-故障检测模块、52-显示屏、53-遥控器、6-铣刀片、60-调节槽、61-铣刀调节件、610-调节杆、611-卡接滑条、612-液压缸二。

具体实施方式

实施例：如图1、2所示的一种多机头动龙门搅拌摩擦焊装置，主要包括齐平地面设置且上端设有龙门架10以及上端沿宽度方向设有位于龙门架10正下端的工作台11的底座1、设于龙门架10横梁前后两侧且位于工作台11上端的4个不同规格的焊接机头2、驱动各个焊接机头2移动的动力系统3、焊接测量元件4、智能控制元件5、与各个电气元件电性连接的电源；

如图5所示，工作台11上设有可沿工作台11宽度方向滑动的焊接移动板110，焊接移动板110上端设有用于固定焊接件的焊接固定件111，焊接移动板110上端面设有呈网格状的定位滑动槽1100，焊接固定件111包括底端设有可在定位滑动槽1100内滑动的定位滑块1111且上端设有电磁吸附板1112的6个T型滑动吸附块1110、设于T型滑动吸附块1110底端且驱动焊接移动板110在定位滑动槽1100内滑动的马达1113，龙门架10左右两侧分别设有2个手轮输入件112，手轮输入件112用于更换龙门架10的位置，底座1上设有操作台12，操作台12有两个，两个操作台12分别位于龙门架10两侧，且两个操作台12均可观察到所有焊接机头2，通过设置操作台12可兼顾观察前后侧的所有焊接机头2，方便观察各个焊接机头2的工作情况，且在底座1左右两侧均设有，可方便工作人员在装置任意一侧都可操作装置，增加便捷性，其中，马达1113的型号为DZ65M01-1WRV；

如图4所示，焊接机头2上端设有与龙门架10横梁连接的水冷刀柄20，水冷刀柄20用于焊接钢及钛合金，通过水冷刀柄20的设置，可降低焊接机头2高速旋转所产生的热量，避免热输入量过高造成焊接过程产生焊接缺陷、接头热影响区扩大、焊接机头2快速磨损等不利影响，如图7所示，水冷刀柄20包括与龙门架10横梁连接且上端设有出口210和入口211的中空连接筒21、设于中空连接筒21内部且两端分别与出口210和入口211连接的螺旋冷却管22、设于中空连接筒21底端的中空刀柄23，焊接机头2设于中空刀柄23底端，螺旋冷却管22底端贯穿中空刀柄23、焊接机头2且延伸至焊接机头2底端，螺旋冷却管22贴附中空刀柄23、焊接机头2内壁设置，中空连接筒21上设有进风口212，进风口212通过连接管连接有空压机213，焊接机头2底端沿周向设有6个冷却出风口24，冷却液经入口211进入螺旋冷却管22内，对中空刀柄23和焊接机头2内部进行冷却，冷却后的冷却液经出口210流出，形成一个封闭的系统，避免了冷却液泄漏喷出使焊件氧化的问题，同时，通过空压机213对内部进行风冷，而冷却后的风流经冷却出风口24流出，通过双重冷却的方式能够有效的带走焊接过程中多余的热量，避免热输入量过高造成焊接过程产生焊接缺陷、接头热影响区扩大的问题，且贴附焊接机头2内壁设置的螺旋冷却管22对焊接机头2冷却充分，效果好，每个焊接机头2处倾斜设有压紧前导滚轮25，压紧前导滚轮25上端设有液压缸一250，通过液压缸一250的升降驱动压紧前导滚轮25来完成薄板焊件的平整度的调节，提高焊接质量，其中，空压机213为W-2/8活塞式空压机，液压缸一250型号为Y-013；

如图3、4所示，焊接测量元件4包括设于焊接机头2处且用于测量焊缝温度的测温传感器40、设于焊接机头2处且用于测量焊接机头2的焊接路线的激光追踪器41，其中，测温传感器40的型号为WZP-100，激光追踪器41型号为OMNITRAC 2；

智能控制元件5包括用于控制各个电气元件正常运行的控制器50、与控制器50连接且用于检测装置内各个元件的工作状态的故障检测模块51、与控制器50连接且用于显示各个元件工作状态的显示屏52、通过无线信号与控制器50连接的遥控器53，其中，控制器50型号为MAM-100，显示屏52为TFT式LED显示屏，遥控器53型号为F21-6D；

如图6所示，焊接机头2处设有铣刀片6，铣刀片6有5个，5个铣刀片6沿焊接机头2外周底端均匀分布，且铣刀片6距地面的高度大于焊接机头2距地面的高度，通过铣刀片6的设置，可实现焊接和清理毛边同时进行，提高焊接后工件表面的光滑度，并且极大降低工作复杂程度，提高了时间利用率，铣刀片6上设有调节槽60，铣刀片6与焊接机头2之间还有铣刀调节件61，铣刀调节件61包括前端设有可在调节槽60内滑动卡接滑条611的调节杆610、用于连接调节杆610和焊接机头2的液压缸二612，通过液压缸二612的驱动，使卡接滑条611在调节槽60内滑动，从而带动铣刀片6上下移动，完成铣刀片6高度的调节，能根据焊件毛边的不同程度进行清理，增加装置可靠性煤，其中，液压缸二612的型号为Y-013。

利用上述搅拌摩擦焊装置对焊件进行焊接时，具体焊接过程如下：

(1)根据需要选择对应的焊接机头2，控制器50启动各个马达1113，通过马达1113驱动各个焊接移动板110在定位滑动槽1100内滑动，从而调节焊件所在位置，然后，将焊件平铺于各个焊接移动板110上端，通过电磁吸附板1112对焊件进行固定；

(2)控制器50启动动力系统3，通过动力系统3驱动对应的焊接机头2靠近焊接板的接缝处，通过焊接机头2的高速旋转完成搅拌摩擦焊接，在搅拌摩擦焊接过程中，通过测温传感器40测量焊缝温度，通过激光追踪器41测量焊接机头2的焊接路线，通过铣刀片6对焊件的毛边进行清理，当需要调节铣刀片6的高度时，通过液压缸二602的驱动，使卡接滑条601在调节槽60内滑动，从而带动铣刀片6上下移动，完成铣刀片6高度的调节，通过水冷刀柄20降低焊接机头2产生的热量，具体为：当冷却液经入口211进入螺旋冷却管22内，对中空刀柄23和焊接机头2内部进行冷却，冷却后的冷却液经出口210流出，形成一个封闭的系统，同时，通过空压机213对内部进行风冷，而冷却后的风流经冷却出风口24流出，通过双重冷却的方式能够有效的带走焊接过程中多余的热量；

(3)当焊件为薄板时，控制器250控制液压缸250延伸，从而使压紧前导滚轮25平压于焊件上端，对其平整度进行调节。

Claims (3)

1.一种多机头动龙门搅拌摩擦焊装置，其特征在于，主要包括齐平地面设置且上端设有龙门架(10)以及上端沿宽度方向设有位于所述龙门架(10)正下端的工作台(11)的底座(1)、设于龙门架(10)横梁前后两侧且位于所述工作台(11)上端的多个不同规格的焊接机头(2)、驱动各个所述焊接机头(2)移动的动力系统(3)、焊接测量元件(4)、智能控制元件(5)、与各个电气元件电性连接的电源；

所述工作台(11)上设有可沿工作台(11)宽度方向滑动的焊接移动板(110)，所述焊接移动板(110)上端设有用于固定焊接件的焊接固定件(111)，焊接移动板(110)上端面设有呈网格状的定位滑动槽(1100)，所述焊接固定件(111)包括底端设有可在所述定位滑动槽(1100)内滑动的定位滑块(1111)且上端设有电磁吸附板(1112)的多个T型滑动吸附块(1110)、设于所述T型滑动吸附块(1110)底端且驱动焊接移动板(110)在定位滑动槽(1100)内滑动的微型马达(1113)；

所述焊接测量元件(4)包括设于焊接机头(2)处且用于测量焊缝温度的测温传感器(40)、设于焊接机头(2)处且用于测量焊接机头(2)的焊接路线的激光追踪器(41)；

所述智能控制元件(5)包括用于控制各个电气元件正常运行的控制器(50)、与所述控制器(50)连接且用于检测装置内各个元件的工作状态的故障检测模块(51)、与控制器(50)连接且用于显示各个元件工作状态的显示屏(52)、通过无线信号与控制器(50)连接的遥控器(53)；

所述底座(1)上设有操作台(12)，所述操作台(12)有两个，两个操作台(12)分别位于龙门架(10)两侧，且两个操作台(12)均可观察到所有焊接机头(2)；

所述焊接机头(2)上端设有与龙门架(10)横梁连接的水冷刀柄(20)，所述水冷刀柄(20)用于焊接钢及钛合金；

所述水冷刀柄(20)包括与龙门架(10)横梁连接且上端设有出口(210)和入口(211)的中空连接筒(21)、设于所述中空连接筒(21)内部且两端分别与所述出口(210)和入口(211)连接的螺旋冷却管(22)、设于中空连接筒(21)底端的中空刀柄(23)，所述焊接机头(2)设于所述中空刀柄(23)底端，所述螺旋冷却管(22)底端贯穿中空刀柄(23)、焊接机头(2)且延伸至焊接机头(2)底端，螺旋冷却管(22)贴附中空刀柄(23)、焊接机头(2)内壁设置，中空连接筒(21)上设有进风口(212)，所述进风口(212)通过连接管连接有空压机(213)，焊接机头(2)底端沿周向设有多个冷却出风口(24)；

所述焊接机头(2)处设有铣刀片(6)，所述铣刀片(6)有多个，多个铣刀片(6)沿焊接机头(2)外周底端均匀分布，且铣刀片(6)距地面的高度大于焊接机头(2)距地面的高度。

2.根据权利要求1所述的一种多机头动龙门搅拌摩擦焊装置，其特征在于，每个所述焊接机头(2)处倾斜设有压紧前导滚轮(25)，所述压紧前导滚轮(25)上端设有液压缸一(250)。

3.根据权利要求1所述的一种多机头动龙门搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述龙门架(10)左右两侧分别设有多个手轮输入件(112)，所述手轮输入件(112)用于更换龙门架(10)的位置。

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