CN112548316B - 一种焊缝去飞边与质量检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种焊缝去飞边与质量检测装置，包括安装座、夹持座、铣刀、导轮、激光测距头、测距座；安装座的顶部设置连接头用于与搅拌摩擦焊设备的搅拌针装夹机构适配连接；夹持座与安装座前端垂直且可滑动连接，铣刀、导轮安装于夹持座上，导轮与铣刀位于同一水平高度处；激光测距头通过测距座安装于安装座的后端且激光测距头的水平高度高于铣刀的高度，通过安装座将铣刀、导轮与搅拌摩擦焊设备的搅拌针装夹机构适配连接，自动去除焊接飞边，省时省力，除飞边的同时直接通过激光测距头测量焊缝表面高度，对于大型零件的搅拌摩擦焊接可以极大的减小检测以及补焊和产品上架的时间。

Description

一种焊缝去飞边与质量检测装置与方法

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊缝处理技术领域，具体涉及一种可实现自动去除复杂曲面焊接飞边，并具备检测焊缝表面质量的装置，提高搅拌摩擦焊接自动化程度及生产效率。

背景技术

焊接技术在加工制造领域具有举足轻重的地位，特别是铸造方式制造困难易产生缺陷以及结构比较复杂的零件，焊接成型方法具有得天独厚的优势。通过焊接方式将零件连接在一起，属于増材制造技术的一种。搅拌摩擦焊接技术是1991在英国焊接技术研究所(TWI)诞生的固相连接技术，其焊接过程无弧光、烟尘，无需气体保护和金属填充，是一种典型的新型绿色焊接技术。

搅拌摩擦焊技术在针对铝合金焊接时表现出的独到优势，使得其在航空航天、汽车、船舶、轨道交通车辆等领域的各类铝合金结构件制造方面得到了广泛地应用。

搅拌摩擦焊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作用下填充搅拌针后方所形成的空腔，并在搅拌头轴肩与搅拌针的搅拌及挤压作用下实现材料连接的固相焊接方法。但是目前该技术也包含一些不足：

1.在焊接过程会形成焊接飞边。现有技术通常是通过人工使用气动扁铲去除飞边，耗时耗力，大大降低了搅拌摩擦焊接的自动化程度和工作效率。现有技术通过人工操作气动扁铲去除飞边，扁铲是使用气压产生的冲击力以去除飞边，为了控制巨大的冲击力，工人需要使用较大力气掌握好扁铲的角度和位置，严重降低搅拌摩擦焊技术自动化程度，并且一旦工人没有掌握好扁铲角度，将会造成焊缝母材损伤，由于扁铲刃角控制难度较大，稍有不慎便会伤到焊接母材，减薄了焊缝母材厚度降低了焊缝成形质量，特别是大型焊接件，一旦焊缝边缘损伤，会导致整件报废；另外，搅拌摩擦焊接速度为0.4米到1.5米/每分钟，属于自动化高速焊接，而人工焊缝飞边去除速度为0.3米/每分钟，需要多人配合控制工件状态至焊缝飞边可去除的位置，极大的降低了生产效率，且气动扁铲在工作过程中，噪声为110分贝，巨大噪音也会对操作人员造成伤害；如果采用人工手持气动铣刀铣去飞边，由于铣刀速度较快，一旦吃刀量大了难以控制，容易铣伤母材。

2.在焊接过程中，搅拌针轴线通常与焊接平面法线形成倾角，通过轴肩对焊接材料施加顶锻力，以挤压搅拌针后部材料填补空腔，但在焊接过程中，由于下压量通常需要人为调控，可能会出现减薄量过大的情况。目前对减薄量的检测是通过焊后使用声学测厚仪对焊缝厚度进行测量。

另外，现有技术中产品焊接完成后，通常从工装拆下使用声学测厚仪检测焊缝厚度，需耗费不少人力，而且产品一旦下架，发现问题后重新上架复位非常困难。

发明内容

基于以上问题，本发明的目的在于提供一种去除搅拌摩擦焊接飞边与焊缝质量检测装置。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种去除搅拌摩擦焊接飞边与焊缝质量检测装置，包括安装座、夹持座、铣刀、导轮、激光测距头、测距座；安装座的顶部设置连接头用于与搅拌摩擦焊设备的搅拌针装夹机构适配连接；夹持座与安装座前端垂直且可滑动连接，铣刀、导轮安装于夹持座上，导轮与铣刀位于同一水平高度处；激光测距头通过测距座安装于安装座的后端且激光测距头的水平高度高于铣刀的高度。

本发明还保护利用上述装置进行焊缝质量检测功能与去除焊接飞边的方法，包括以下步骤：

步骤1、将安装座通过连接头与搅拌针装夹机构连接；

步骤2、启动装置，使搅拌针装夹机构带动安装座沿搅拌针运动轨迹运动，使铣刀、导轮、激光测距头沿焊缝方向行走，期间，铣刀紧抵焊缝，导轮紧抵靠近焊缝处，导轮与铣刀随焊缝处母材厚度变化而起伏，铣刀行走的过程中将飞边消除，激光测距头随后检测焊缝高度，从而检测去除飞边完成的质量。

优化的，安装座前端设置垂直的滑轨，所述夹持座与滑轨滑动连接，当焊缝处母材厚度发生变化时，夹持座随铣刀、导轮的起伏在滑轨上滑动。

具体的，所述夹持座为由垂直块与水平块垂直对接构成的L形夹持块，其中，垂直块通过滑块与滑轨滑动连接，铣刀、导轮安装于水平块上；更具体的，水平块上设置相邻的铣刀槽与导轮槽，铣刀设置于铣刀槽内，铣刀外部设置端盖与铣刀槽连接；更具体的，所述端盖一端与铣刀槽的槽壁通过合页连接，另一端与铣刀槽的槽壁通过螺钉连接以将铣刀夹紧于铣刀槽内；所述导轮通过导轮架安装于导轮槽内，导轮架的外部设置压盖，压盖通过螺钉与导轮槽连接并将导轮架抵紧于导轮槽内。当铣刀安装高度发生变化时，可随之改变导轮的安装高度。

优化的，导轮与铣刀之间的距离为4～7mm，这个范围的距离可以保证导轮与刀头高度一致，其中优选5mm，过近会使铣掉的铝削飞到导轮下面，影响导轮运动。

具体的，所述铣刀为气动铣刀，铣刀安装于气动夹持机构上，气动夹持机构安装于铣刀槽内。

进一步优化的本装置还包括弹簧，安装座上设置固定块，固定块位于滑轨的上方，弹簧的一端与固定块连接，另一端与夹持座连接，当焊接母材厚度发生变化时，在弹簧作用力下导轮受压向上退或者向下伸，保证导轮时刻紧贴在焊接母材表面，此时铣刀与导轮处于同一高度，也在焊缝母材表面，这样可以精确控制铣刀铣焊接飞边的高度。

进一步优化的，本装置还包括导柱，导柱穿过弹簧并与固定块下端连接，通过导柱对弹簧进行限定，避免弹簧歪斜，保证弹簧垂直向伸缩以对夹持座提供持续向下的弹性压力，保证铣刀与导轮与焊缝抵紧。

具体的，激光测距头与测距装备连接，激光测距头通过激光测量与焊缝之间的距离，再将数据传送至测距设备，操作人员通过数得到除飞边边后焊缝参数。

本发明具有以下优点：

本发明的有益效果为：

(1)、本发明提供的焊缝去飞边与质量检测装置，通过安装座将铣刀、导轮与搅拌摩擦焊设备的搅拌针装夹机构适配连接，自动去除焊接飞边，省时省力，进一步提高了搅拌摩擦焊技术的自动化程度，并且避免由于人工操作不慎铲伤焊缝的风险，且由于搅拌摩擦焊接过程中搅拌头需要下压母材，焊缝存在减薄量，当焊缝上存在尖锐损伤时，会形成明显的应力集中区，为了降低该处损失，只能将损伤区域打磨光滑，进一步减薄焊缝厚度，降低焊缝力学性能。在处理曲面焊缝时，本发明的铣刀可以轻松去除曲面焊缝的飞边，而且铣刀沿着曲面轨迹运动，不会铣伤焊接母材，解决了现有技术中平面扁铲沿轴线行动去除曲面飞边技术对曲面焊缝的不适用问题。

(2)、本发明提供的焊缝去飞边与质量检测装置，除飞边的同时直接通过激光测距头测量焊缝表面高度，一旦发现问题，可以直接通过熔焊等方式补焊，无需拆卸工装，对于大型零件的搅拌摩擦焊接可以极大的减小检测以及补焊和产品上架的时间。

附图说明

图1为实施例中焊缝去飞边与质量检测装置的示意图；

图2为铣刀与导轮装配后侧视图；

其中，1为安装座，1a为滑轨，2为夹持座，3为弹簧，4为导柱，5为铣刀，51为气动夹持机构，6为导轮，7为导轮架，8为激光测距头，9为测距座，10为端盖，11为压盖。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例如图1、2所示，本实施例提供一种焊缝去飞边与质量检测装置，包括安装座1、夹持座2、弹簧3、导柱4、铣刀5、气动夹持机构51、导轮6、导轮架7、激光测距头8、测距座9；

安装座1的顶部设置连接头用于与搅拌摩擦焊设备的搅拌针装夹机构适配连接，安装座1前端设置垂直的滑轨1a，固定块设置于滑轨1a上方，弹簧3设置于固定块下端，导柱4穿过弹簧3并与固定块下端连接；

夹持座2为由垂直块与水平块垂直对接构成的L形夹持块，垂直块的侧部通过滑块与安装座1上的滑轨滑动连接，顶部与弹簧3连接；水平块上设置相邻的铣刀槽与导轮6槽，铣刀5为气动铣刀，铣刀5安装于气动夹持机构51上，气动夹持机构51安装于铣刀槽内，气动夹持机构51外部设置端盖10，端盖10一端与铣刀槽的槽壁通过合页连接，另一端与铣刀槽的槽壁通过螺钉连接以将气动夹持机构51夹紧于铣刀槽内；导轮6通过导轮架7安装于导轮6槽内，导轮架7的外部设置压盖11，压盖11通过螺钉与导轮6槽连接并将导轮架7夹紧于导轮6槽内，导轮6与铣刀5位于同一水平高度处，二者之间的水平距离为5mm；

激光测距头8通过测距座9安装于安装座1的后端且激光测距头8的水平高度高于铣刀5，激光测距头8与设备主轴连接传递测距数据。

本发明还保护利用上述装置进行焊缝质量检测功能与去除飞边的方法，包括以下步骤：

步骤1、将安装座1通过连接头搅拌针装夹机构连接；

步骤2、启动搅拌摩擦焊接设备及程序，使搅拌针装夹机构带动安装座1沿搅拌针运动轨迹运动，使铣刀5、导轮6、激光测距头8沿焊缝方向行走，期间，铣刀5的铣刀紧抵焊缝，导轮6紧抵靠近焊缝处，导轮6与铣刀5随焊缝处母材厚度变化而起伏，气动夹持机构51驱动铣刀5在行走的过程中将飞边消除，激光测距头8随后检测焊缝高度，从而检测去除飞边后焊缝的质量。

本实施例提供的焊缝质量检测功与去飞边装置与方法，通过安装座将铣刀、导轮与搅拌摩擦焊设备的搅拌针装夹机构适配连接，自动去除焊接飞边，省时省力，除飞边的同时直接通过激光测距头测量焊缝表面高度以检测去除飞边后焊缝的质量，对于大型零件的搅拌摩擦焊接可以极大的减小检测以及产品上架和补焊的时间。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种焊缝去飞边与质量检测装置，其特征在于，包括安装座、夹持座、铣刀、导轮、激光测距头、测距座、弹簧、导柱；

安装座的顶部设置连接头用于与搅拌摩擦焊设备的搅拌针装夹机构适配连接；夹持座与安装座前端垂直且可滑动连接，铣刀、导轮安装于夹持座上，导轮与铣刀的高度位于同一水平高度处；激光测距头通过测距座安装于安装座的后端且激光测距头的水平高度高于铣刀的高度；

所述安装座前端设置垂直的滑轨，所述夹持座与滑轨滑动连接；所述安装座上设置固定块，固定块位于所述滑轨的上方，所述弹簧的一端与固定块连接，另一端与夹持座连接，所述导柱穿过弹簧并与固定块下端连接；

所述夹持座为由垂直块与水平块垂直对接构成的L形夹持块，其中，垂直块通过滑块与滑轨滑动连接，水平块上设置相邻的铣刀槽与导轮槽，铣刀设置于铣刀槽内，钎刀外部设置端盖，端盖一端与铣刀槽的槽壁通过合页连接，另一端与铣刀槽的槽壁通过螺钉连接以将铣刀夹紧于铣刀槽内；所述导轮通过导轮架安装于导轮槽内，导轮架的外部设置压盖，压盖通过螺钉与导轮槽连接并将导轮架抵紧于导轮槽内；

利用上述装置进行焊缝去飞边与质量检测的方法，包括以下步骤：

步骤1、将安装座通过连接头搅拌针装夹机构连接；

步骤2、启动装置，使搅拌针装夹机构带动安装座沿搅拌针运动轨迹运动，使铣刀、导轮、激光测距头沿焊缝方向行走，期间，铣刀紧抵焊缝，导轮紧抵靠近焊缝处，导轮与铣刀随焊缝处母材厚度变化而起伏，铣刀行走的过程中将飞边消除，激光测距头随后检测焊缝高度，从而检测去除飞边完成的质量。

2.根据权利要求1所述的焊缝去飞边与质量检测装置，其特征在于，导轮与铣刀之间的距离为4～10mm。

3.根据权利要求2所述的焊缝去飞边与质量检测装置，其特征在于，导轮与铣刀之间的距离为5mm。

4.根据权利要求1所述的焊缝去飞边与质量检测装置，其特征在于，所述铣刀为气动铣刀，铣刀安装于气动夹持机构上，气动夹持机构安装于铣刀槽内。