CN112589256A - 一种平面焊缝修整及检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种平面焊缝修整及检测装置，包括夹座、激光测距头、扁铲机构、耦合液涂刷、相控阵导轮；夹座与搅拌摩擦焊接设备上搅拌针装夹机构的主轴连接；激光测距头安装于夹座前端，激光测距头与搅拌针装夹机构的控制器通讯连接用于发出激光测量焊缝的高度数据并反馈给搅拌针装夹机构的控制器；扁铲机构安装于夹座中部，扁铲机构底部的扁铲头的水平高度低于激光测距头；耦合液涂刷、相控阵导轮依次安装于夹座后端且水平高度与扁铲头相同，耦合液涂刷与耦合液源连接，相控阵导轮与夹座外部的超声检测仪通信连接用于发射超声波和监测反射波。本装置通过扁铲可以轻松去除平面焊缝的飞边，直接在工装上通过相控阵导轮收发超声波信号来测量焊缝内部质量。

Description

一种平面焊缝修整及检测装置与方法

技术领域

本发明涉及用于搅拌摩擦焊缝处理，实现自动去除平面较长焊接飞边，并具备检测焊缝表面质量，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非常重要，特别是体型较大结构比较复杂，传统加工方法难以成形的零件，焊接成型方法具有得天独厚的优势。在众多焊接技术中，搅拌摩擦焊以其固相连接，焊接接头强度高，焊接过程绿色无污染独特的优势，正在越来越广泛的应用在制造业中。

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。而且在去除飞边过程中，人工操作气动扁铲时，由于扁铲刃角控制难度较大，特别是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；搅拌摩擦焊接目前多用于高铁车厢焊接和航天大型环缝焊接，单挑焊缝较长，用铣刀去除飞边容易粘铝削。

2.由于搅拌摩擦焊属于新出现的焊接方法，对搅拌摩擦焊接的工艺方法还没有研究透彻，而且在焊接过程中，可能由于工艺裕度较小，当焊接材料厚度发生变化或者下压量发生时可能出现隧道孔未焊透等缺陷。现有技术通常是待焊接完成后，将产品从工装拆下使用X光检测焊缝内部质量，消耗时间较长，也降低了搅拌摩擦焊接的生产效率；或者通过超声波相控阵装置检测焊缝质量，现有技术中通过人工手持相控阵来进行检测，手持过程中，相控阵与焊缝表面接触的压力不一样会严重影响测量效果。

发明内容

基于以上问题，本发明的目的在于提供一种平面焊缝修整及检测装置，可在焊接完成后自动去除焊接过程中产生的飞边，修整焊缝，并实现焊缝内部质量检测。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种平面焊缝修整及检测装置，包括夹座、激光测距头、扁铲机构、耦合液涂刷、相控阵导轮；

所述夹座与搅拌摩擦焊接设备上搅拌针装夹机构的主轴连接；

激光测距头安装于夹座前端，激光测距头与搅拌针装夹机构的控制器通讯连接用于发出激光测量焊缝的高度数据并反馈给搅拌针装夹机构的控制器；

扁铲机构安装于夹座中部，扁铲机构底部的扁铲头的水平高度低于激光测距头；

所述耦合液涂刷、相控阵导轮依次安装于夹座后端且水平高度与扁铲头相同，其中，耦合液涂刷与耦合液源连接，相控阵导轮与夹座外部的超声检测仪通信连接用于发射超声波和监测反射波。

本发明还保护采用上述装置进行平面焊缝修整及检测的方法，包括以下步骤：

步骤1、将装置通过夹座固定在搅拌摩擦焊接设备上搅拌针装夹机构的主轴上，使扁铲机构底部的扁铲头、耦合液涂刷、相控阵导轮与焊缝接触；

步骤2、启动搅拌摩擦焊接设备，搅拌针装夹机构的主轴带动夹座沿搅拌针运动轨迹运动，激光测距头测量焊缝高度并将信号反馈至搅拌针装夹机构的控制器，控制器控制装夹机构调整夹座的高度，使扁铲头与焊缝平面保持同一高度并除去焊缝上的飞边；

步骤3、耦合液涂刷对除去飞边的焊缝涂覆耦合液，相控阵导轮从焊缝上走过并发射超声波和监测反射波，同时将接收到的波信号传输至超声检测仪上，操作人员通过超声检测仪上的数据判断焊缝质量。

优化的，本装置还包括连接块、压缩弹簧、导柱，连接块设置于夹座后端下部，连接块上设置开口垂直的导向孔，所述导柱的上端与连接块固定连接，下端插入导向孔中，所述压缩弹簧套设于导柱外且两端分别与连接块、夹座相抵，所述耦合液涂刷、相控阵导轮安装于连接块下端。

进一步优化的，所述连接块与夹座之间还通过阻尼连接件连接；阻尼连接件与压缩弹簧配合进一步减小扁铲在去除飞边过程中的上下振动对相控阵导轮信号收发的影响。

优化的，所述相控阵导轮的转轴上同轴安装第一锥形齿轮，转轴上方设置转杆，转杆的下端同轴设置的第二锥形齿轮与第一锥形齿轮适配，转杆的上端同轴设置第三锥形齿轮，所述连接块内部设与耦合液涂刷连接的空腔，空腔内设置耦合液，空腔后端设置密封板，密封板与空腔密封连接且可沿空腔滑动，密封板中部螺接螺杆，所述螺杆的一端穿过密封板，另一端同轴设置的第四锥形齿轮与第三锥形齿轮适配；相控阵导轮转动的时候带动第一锥形齿轮转动，从而带动第二锥形齿轮、转杆、第三锥形齿轮转动，进而带动第四锥形齿轮与螺杆转动，螺杆转动的同时带动密封板平移并将空腔内的耦合液挤入耦合液涂刷，从而实现压轮转的同时涂覆耦合液并进行超声检测。

进一步优化的，所述螺杆还通过轴承安装于连接块内，轴承使螺杆更加稳定。

本发明的有益效果为：

本发明提供的平面焊缝修整及检测装置，将激光测距头、扁铲机构、相控阵导轮通过夹座进行连接，扁铲可以轻松去除平面焊缝的飞边，而且不会粘刀，省时省力，提高了搅拌摩擦焊技术的自动化程度，避免由于人工操作不慎划伤母材的风险，搅拌摩擦焊接目前多用于高铁车厢焊接和航天大型环缝焊接，单挑焊缝较长，用铣刀去除飞边容易粘铝削，而本发明不存在通过铣刀或砂轮去除飞边时，由于铝削易粘刀，不能去除较长焊缝飞边的缺陷；通过该装置，直接在工装上通过相控阵导轮收发超声波信号来测量焊缝内部质量，一旦发现问题，可以直接补焊，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1中平面焊缝修整及检测装置的示意图；

图2为实施例2中耦合液涂刷与相控阵导轮联动示意图；

其中，1为夹座，2为激光测距头，3为扁铲机构，4为扁铲头，5为耦合液涂刷，6为相控阵导轮，7为连接块，8为压缩弹簧，9为导柱，10为阻尼连接件，11为第一锥形齿轮，12为第二锥形齿轮，13为转杆，14为第三锥形齿轮，15为第一锥形齿轮，16为螺杆，17为密封板。

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1

如图1所示，本实施例提供一种平面焊缝修整及检测装置，包括夹座1、激光测距头2、扁铲机构3、连接块7、压缩弹簧8、导柱9、阻尼连接件10、耦合液涂刷5、相控阵导轮6；

所述夹座1与搅拌摩擦焊接设备上搅拌针装夹机构的主轴连接；

激光测距头2安装于夹座1前端，激光测距头2与搅拌针装夹机构的控制器通讯连接用于发出激光测量焊缝的高度数据并反馈给搅拌针装夹机构的控制器；

扁铲机构3安装于夹座1中部，扁铲机构3底部的扁铲头4的水平高度低于激光测距头2；

连接块7设置于夹座1后端下部，连接块7上设置开口垂直的导向孔，所述导柱9的上端与连接块7固定连接，下端插入导向孔中，所述压缩弹簧8套设于导柱9外且两端分别与连接块7、夹座1相抵，阻尼连接件10设置于连接块7与夹座1之间，所述耦合液涂刷5、相控阵导轮6安装于连接块7下端且水平高度与扁铲头4相同，其中，耦合液涂刷5与耦合液源连接，相控阵导轮6与夹座1外部的超声检测仪通信连接用于发射超声波和监测反射波。

采用上述装置进行平面焊缝修整及检测的方法，包括以下步骤：

步骤1、将装置通过夹座1固定在搅拌摩擦焊接设备上搅拌针装夹机构的主轴上，使扁铲机构3底部的扁铲头4、耦合液涂刷5、相控阵导轮6与焊缝接触；

步骤2、启动搅拌摩擦焊接设备，搅拌针装夹机构的主轴带动夹座1沿搅拌针运动轨迹运动，激光测距头2测量焊缝高度并将信号反馈至搅拌针装夹机构的控制器，控制器控制装夹机构调整夹座1的高度，使扁铲头4与焊缝平面保持同一高度并除去焊缝上的飞边；

步骤3、耦合液涂刷5对除去飞边的焊缝涂覆耦合液，相控阵导轮6从焊缝上走过并发射超声波和监测反射波，同时将接收到的波信号传输至超声检测仪上，操作人员通过超声检测仪上的数据判断焊缝质量，压缩弹簧8与阻尼连接件10使耦合液涂刷5与相控阵导轮6不受扁铲机构3随焊缝表面起伏的影响，相控阵导轮6始终保持稳定的压力使检测信号稳定。

本实施例将激光测距头、扁铲机构、相控阵导轮通过夹座进行连接，扁铲可以轻松去除平面焊缝的飞边，而且不会粘刀，省时省力，提高了搅拌摩擦焊技术的自动化程度，避免由于人工操作不慎划伤母材的风险；通过该装置，直接在工装上通过相控阵导轮收发超声波信号来测量焊缝内部质量，一旦发现问题，可以直接补焊，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。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上将相控阵导轮6与耦合液涂刷5进行联动，如图2所示，相控阵导轮6的转轴上同轴安装第一锥形齿轮11，转轴上方设置转杆13，转杆13的下端同轴设置的第二锥形齿轮12与第一锥形齿轮11适配，转杆13的上端同轴设置第三锥形齿轮14；所述连接块7内部设与耦合液涂刷5连接的空腔，空腔内设置耦合液，空腔后端设置密封板17，密封板17与空腔密封连接且可沿空腔滑动，密封板17中部螺接螺杆16，所述螺杆16的一端穿过密封板17，另一端同轴设置的第四锥形齿轮15与第三锥形齿轮14适配；相控阵导轮6转动的时候带动第一锥形齿轮11转动，从而带动第二锥形齿轮12、转杆13、第三锥形齿轮14转动，进而带动第四锥形齿轮15与螺杆16转动，螺杆16转动的同时带动密封板17沿空腔平移并将空腔内的耦合液挤入耦合液涂刷5，从而实现相控阵导轮6转动的同时涂覆耦合液并进行超声检测，本实施例中，相控阵导轮6前进100mm，密封板17向前走0.5mm，向耦合液涂刷5挤出1ml耦合液。

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 (5)

1.一种平面焊缝修整及检测装置，其特征在于，包括夹座、激光测距头、扁铲机构、耦合液涂刷、相控阵导轮；所述夹座与搅拌摩擦焊接设备上搅拌针装夹机构的主轴连接；激光测距头安装于夹座前端，激光测距头与搅拌针装夹机构的控制器通讯连接用于发出激光测量焊缝的高度数据并反馈给搅拌针装夹机构的控制器；扁铲机构安装于夹座中部，扁铲机构底部的扁铲头的水平高度低于激光测距头；所述耦合液涂刷、相控阵导轮依次安装于夹座后端且水平高度与扁铲头相同，其中，耦合液涂刷与耦合液源连接，相控阵导轮与夹座外部的超声检测仪通信连接用于发射超声波和监测反射波。

2.根据权利要求1所述的平面焊缝修整及检测装置，其特征在于，还包括连接块、压缩弹簧、导柱，连接块设置于夹座后端下部，连接块上设置开口垂直的导向孔，所述导柱的上端与连接块固定连接，下端插入导向孔中，所述压缩弹簧套设于导柱外且两端分别与连接块、夹座相抵，所述耦合液涂刷、相控阵导轮安装于连接块下端。

3.根据权利要求1所述的平面焊缝修整及检测装置，其特征在于，所述连接块与夹座之间还通过阻尼连接件连接。

4.根据权利要求1所述的平面焊缝修整及检测装置，其特征在于，所述相控阵导轮的转轴上同轴安装第一锥形齿轮，转轴上方设置转杆，转杆的下端同轴设置的第二锥形齿轮与第一锥形齿轮适配，转杆的上端同轴设置第三锥形齿轮，所述连接块内部设与耦合液涂刷连接的空腔，空腔内设置耦合液，空腔后端设置密封板，密封板与空腔密封连接且可沿空腔滑动，密封板中部螺接螺杆，所述螺杆的一端穿过密封板，另一端同轴设置的第四锥形齿轮与第三锥形齿轮适配。

5.利用权利要求1至4任一所述装置进行平面焊缝修整及检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将装置通过夹座固定在搅拌摩擦焊接设备上搅拌针装夹机构的主轴上，使扁铲机构底部的扁铲头、耦合液涂刷、相控阵导轮与焊缝接触；

步骤2、启动搅拌摩擦焊接设备，搅拌针装夹机构的主轴带动夹座沿搅拌针运动轨迹运动，激光测距头测量焊缝高度并将信号反馈至搅拌针装夹机构的控制器，控制器控制装夹机构调整夹座的高度，使扁铲头与焊缝平面保持同一高度并除去焊缝上的飞边；

步骤3、耦合液涂刷对除去飞边的焊缝涂覆耦合液，相控阵导轮从焊缝上走过并发射超声波和监测反射波，同时将接收到的波信号传输至超声检测仪上，操作人员通过超声检测仪上的数据判断焊缝质量。

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