CN112756762A - 一种基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接相关技术领域，其公开了一种基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的方法与装置，所述装置通过齿轮电机控制齿轮带动齿条上下移动，使得顶部滚轴的高度变化，以调节顶部滚轮的半径，同时可以调节滚轧处理所需要的压力大小；顶部滚轮、底部滚轮配合使用，在移动过程中紧密接触工作，同时对工件进行原位滚轧处理、施加压力，通过形变强化解决焊接接头软化、破碎晶粒实现焊缝晶粒细化，从而达到改善焊缝微观组织、提升接头性能的目的；移动平台电机利用滚珠丝杠机构提供动力，通过调整参数使得滚轮与热源作用位置的初始距离在合理区间内，焊接过程中整个移动平台与热源作用位置保持相同的移动速度，达到最佳滚轧效果。

Description

一种基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的方法与装置

技术领域

本发明属于焊接相关技术领域，更具体地，涉及一种基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的方法与装置。

背景技术

铝合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀能力强等优点，在汽车、航空航天、船用工业、轨道交通等领域具有广泛的应用。然而，铝合金在焊接时容易出现焊接接头软化和焊缝晶粒粗大等问题，致使焊接接头强度大大降低，严重影响构件的使用性能。如何解决铝合金焊接接头软化和焊缝晶粒粗大等问题，实现高质量铝合金焊接、提升铝合金焊接接头整体性能，具有重要的意义。

为了改善铝合金焊接微观组织和性能，部分研究人员采用了外场辅助焊接方法，例如超声辅助焊接、磁场辅助焊接等，在一定程度上细化了焊缝晶粒、提升了力学性能。但是，焊接接头软化和焊缝组织粗大问题仍未得到充分解决，有待提出新的工艺方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的方法与装置，所述装置通过齿轮电机控制齿轮带动齿条上下移动，使得顶部滚轴的高度变化，以调节顶部滚轮的半径，同时可以调节滚轧处理所需要的压力大小；顶部滚轮、底部滚轮配合使用，在移动过程中紧密接触工作，同时对工件进行原位滚轧处理；移动平台电机利用滚珠丝杠机构提供动力，通过调整参数来使得滚轮与热源作用位置的初始距离在合理区间内，焊接过程中整个移动平台与热源作用位置保持相同的移动速度，达到最佳滚轧效果。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置，所述装置包括工作台顶板、工作台底板、多个立柱、至少一个移动平台导轨、移动平台电机、导轨滑块、两个齿条封装件、两个齿条、两个齿轮、两个齿轮电机、顶部滚轮轴、顶部滚轮、下部滚轮轴及下部滚轮；

所述立柱的两端分别连接于所述工作台顶板及所述工作台底板，所述工作台顶板用于承载工件；所述移动平台电机及所述移动平台导轨均设置在所述工作台底板上，所述导轨滑块套设在所述移动平台导轨上，所述移动平台电机通过滚珠丝杠机构连接于所述导轨滑块，以带动所述导轨滑块及连接于所述导轨滑块的顶部滚轮及所述下部滚轮移动；两个所述齿条封装件分别设置在所述导轨滑块的两端，两个所述齿条分别设置在两个所述齿条封装件上，所述下部滚轮设置在所述下部滚轮轴上，所述下部滚轮轴的两端分别设置在两个所述齿条封装件上；所述顶部滚轮设置在所述顶部滚轮轴上，所述顶部滚轮轴的两端分别连接于两个所述齿条上；两个所述齿轮分别连接于两个所述齿条封装件，且两个所述齿轮分别与两个所述齿条相啮合，两个所述齿轮电机分别连接于两个所述齿轮，以通过所述齿轮带动所述齿条上下移动，进而带动所述顶部滚轮相对于所述下部滚轮上下移动。

进一步地，所述工作台顶板开设有条形槽，所述工作件覆盖所述条形槽，在焊接过程中通过条形槽对熔池底部进行吹保护气措施。

进一步地，所述顶部滚轮与所述下部滚轮相对设置，且两者分别位于所述条形槽的两侧，两者配合使用以接触所述工件，继而对所述工件进行原位滚轧处理。

进一步地，所述顶部滚轮的宽度与所述下部滚轮的宽度一致，均小于所述条形槽的宽度。

进一步地，所述装置还包括齿轮封装件及移动平台顶部连接件，所述齿轮封装件设置在所述齿条封装件上，所述齿轮设置在所述齿轮封装件上；所述移动平台顶部连接件的两端分别连接于两个所述齿条封装件远离所述工作台底板的一端。

进一步地，所述齿轮电机通过齿轮齿条机构调节所述顶部滚轮的上下移动，以调节所述顶部滚轮的半径和滚轧压力。

进一步地，所述移动平台电机通过第一移动平台电机固定件和第二移动平台电机固定件固定在所述工作台底板上。

进一步地，所述立柱的数量为四个，每个所述立柱通过四个第一螺钉固定在所述工作台底板上；所述移动平台导轨通过第一导轨固定件及第二导轨固定件安装在所述工作台底板上。

进一步地，所述移动平台导轨呈圆柱形，其与所述导轨滑块相配合使用；所述移动平台导轨用于支撑所述导轨滑块及用于为所述导轨滑块提供导向。

按照本发明的另一个方面，提供了一种基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的方法，所述方法是采用如上所述的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置进行的，其在焊接过程中对焊接区域进行原位滚轧及施加压力。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的方法与装置主要具有以下有益效果：

1.所述装置通过齿轮电机控制齿轮带动齿条上下移动，使得顶部滚轴的高度变化，以用于调节顶部滚轮的半径，同时可以调节滚轧处理所需要的压力大小；顶部滚轮、底部滚轮配合使用，在移动过程中紧密接触工作，同时对工件进行原位滚轧处理。

2.移动平台电机通过滚珠丝杠机构提供动力，通过调整参数来使得滚轮与热源作用位置的初始距离在合理区间内，焊接过程中整个移动平台与热源作用位置保持相同的移动速度，达到最佳滚轧效果。

3.本装置所使用的零件都是相对简单的标准件，加工难度较低，结构简单，装置操作灵活、实用性较强。

4.工作台面采用不锈钢制成，强度较高；移动平台采用铝合金制成，满足轻量化设计需求，减轻导轨的压力。

5.在焊接过程中对焊接区域进行原位滚轧、施加压力，通过形变强化解决焊接接头软化、破碎晶粒实现焊缝晶粒细化，从而达到改善焊缝微观组织、提升接头性能的目的。

附图说明

图1是本发明提供的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置的示意图；

图2是图1中的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置的使用状态示意图；

图3是图1中的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置的剖视图；

图4是图1中的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置的一个部分零部件的示意图；

图5是图1中的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置的另一个部分零部件的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-工作台顶板，2-立柱，3-第一螺钉，4-工作台底板，5-第一导轨固定件，6-第二导轨固定件，7-第二螺钉，8-移动平台导轨，9-齿条封装件，10-第三螺钉，11-齿条，12-齿轮，13-齿轮封装件，14-滚轮固定件，15-导轨滑块，16-齿轮电机，17-顶部滚轮轴，18-顶部滚轮，19-移动平台顶部连接件，20-第一移动平台电机固定件，21-第二移动平台电机固定件，22-移动平台电机，23-第四螺钉，24-工件，25-下部滚轮轴，26-下部滚轮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1、图2、图3、图4及图5，本发明提供的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置，所述装置包括工作台顶板1、工作台底板4、多个立柱2、至少一个移动平台导轨8、移动平台电机22、导轨滑块15、两个齿条封装件9、两个齿条11、两个齿轮12、两个齿轮电机16、顶部滚轮轴17、顶部滚轮18、下部滚轮轴25及下部滚轮26，所述立柱2相背的两端分别连接于所述工作台顶板1及所述工作台底板4，所述工作台顶板1开设有条形槽，其用于承载工件24，所述工件24覆盖所述条形槽。所述移动平台电机22及所述移动平台导轨8均设置在所述工作台底板4上，所述导轨滑块15套设在所述移动平台导轨8上，所述移动平台电机22通过滚珠丝杠机构连接于所述导轨滑块15，以用于带动所述导轨滑块15及连接于所述导轨滑块15的顶部滚轮17及所述下部滚轮16左右移动。两个所述齿条封装件9分别设置在所述导轨滑块15相背的两端，两个所述齿条11分别设置在两个所述齿条封装件9上，所述下部滚轮26设置在所述下部滚轮轴25上，所述下部滚轮轴25的两端分别设置在两个所述齿条封装件9上。所述顶部滚轮18设置在所述顶部滚轮轴17上，所述顶部滚轮轴17的两端分别连接于两个齿条11上，且所述顶部滚轮18与所述下部滚轮26相对设置；两个所述齿轮12分别连接于两个所述齿条封装件9，且两个所述齿轮12分别与两个所述齿条11相啮合，两个所述齿轮电机16分别连接于两个所述齿轮12，以通过所述齿轮12带动所述齿条11上下移动，进而带动所述顶部滚轮18相对于所述下部滚轮26上下移动。

所述装置还包括齿轮封装件13及移动平台顶部连接件19，所述齿轮封装件13设置在所述齿条封装件9上，所述齿轮12设置在所述齿轮封装件13上。所述移动平台顶部连接件19的两端分别连接于两个所述齿条封装件9远离所述工作台底板4的一端。本实施方式中，一个所述导轨滑块15、所述齿轮电机16、两个所述齿条封装件9、两个所述齿轮封装件13、所述顶部滚轮18、两个所述齿轮12、所述下部滚轮26、所述移动平台顶部连接件19组成了移动平台。所述移动平台电机22通过滚珠丝杠机构带动所述移动平台沿所述移动平台导轨8左右移动。

所述顶部滚轮18与所述下部滚轮26相对设置，且两者分别位于所述条形槽相背的两侧，两者配合使用以紧密接触所述工件24，以对所述工件24进行原位滚轧处理。

所述齿轮电机16通过齿轮齿条机构调节所述顶部滚轮17的上下移动，以调节所述顶部滚轮18的半径和滚轧压力。所述立柱2的数量为四个，每个所述立柱2通过四个所述第一螺钉3固定在所述工作台底板4上。所述移动平台导轨8通过所述第一导轨固定件5及所述第二导轨固定件6安装在所述工作台底板4上；所述移动平台电机22通过第一移动平台电机固定件20和第二移动平台电机固定件21固定在所述工作台底板4上。

所述顶部滚轮轴17相背的两端分别通过滚轮固定件14安装在两个所述齿条14上，所述下部滚轮轴25相背的两端分别通过所述滚轮固定件14安装在两个所述齿条封装件9上。所述移动平台顶部连接件19的两端分别通过第四螺钉23安装在两个所述齿条封装件9上。其中，所述移动平台顶部连接件19、两个所述齿条封装件9、所述导轨滑块15、所述顶部滚轮轴17、所述下部滚轮轴25组成一个稳定的移动平台框架，能够保持稳定的移动。

所述顶部滚轮18的宽度与所述下部滚轮26的宽度一致，均小于所述条形槽的宽度；其中，通过所述条形槽在焊接工程中对熔池底部进行吹保护气措施，以防止熔池塌陷；所述顶部滚轮18的半径可调，所述下部滚轮26的半径不可调。

本实施方式中，所述第二导轨固定件6基本呈山字型，所述第二导轨固定件6的数量为四个，每两个所述第二导轨固定件6承接一个所述移动平台导轨8，且与所述第一导轨固定件5和第二螺钉7连接在一起，以用于支撑所述移动平台导轨8和所述导轨滑块15。

所述移动平台导轨8呈圆柱形，其与所述导轨滑块15相配合使用；所述移动平台导轨8用于支撑所述导轨滑块15及用于为所述导轨滑块15提供导向。本实施方式中，所述移动平台导轨8的直径为15mm，长度为420mm。

本实施方式中，所述齿条封装件9的内部要求光滑，以能够使所述齿条11在所述齿轮12的带动下平滑的上下移动；所述顶部滚轮18连接于所述齿条11，随着所述齿条11的上下运动而运动，所述齿轮电机16控制所述齿轮12带动所述齿条11上下运动，以调节所述顶部滚轮18的上下运动，达到调节所述顶部滚轮18的半径和控制滚轧处理的压力大小的目的。而所述下部滚轮26固定在所述齿条封装件9上，不随所述齿条11的上下运动而运动。

所述移动平台电机22和所述滚珠丝杠机构控制所述导轨滑块15带动所述齿条封装件9的前后运动，以使得所述滚轮与热源作用位置的距离保持恒定，达到原位滚轧处理的目的。

本实施方式中，所述顶部滚轮轴17及所述下部滚轮轴25均呈圆柱形，且两者均设置有轴承以用于定位；所述第一移动平台电机固定件20呈三角形，所述第二移动平台电机固定件21呈长方形，且内空；所述第一移动平台电机固定件20的数量为8个，所述第二移动平台电机固定件21的数量为两个，每四个所述第一移动平台电机固定件20固定一个所述第二移动平台电机固定件21，两个所述第二移动平台电机固定件21承接所述移动平台电机22，所述第一移动平台电机固定件20通过螺钉与所述工作台底板4相连接。

所述工件24呈矩型，其为铝合金板，焊接方式为堆焊。通过齿轮电机控制齿轮带动齿条上下移动，使顶部滚轮轴的高度变化，用于调节顶部滚轮的半径，同时可以调节滚轧处理所需要的压力大小；移动平台电机通过滚珠丝杠机构提供动力，通过调整参数，使滚轮与热源作用位置的初始距离在合理区间内，焊接过程中整个移动平台与热源作用位置保持相同的速度移动；顶部滚轮、底部滚轮配合使用，在移动过程中紧密接触工件，实现在焊接过程中对工件进行原位滚轧处理，达到最佳滚轧效果。本装置所使用的零件都是相对简单的标准件，加工难度较低，结构简单，装置操作灵活、实用性较强。工作台面采用不锈钢制成，强度较高；移动平台采用铝合金制成，满足轻量化设计需求，减轻导轨的压力。

本发明还提供了一种基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的方法，所述方法是采用如上所述的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置进行的，其在焊接过程中对焊接区域进行原位滚轧、施加压力，通过形变强化解决焊接接头软化、破碎晶粒来实现焊缝晶粒细化，从而达到改善焊缝微观组织、提升接头性能的目的。本发明对改善铝合金焊接接头微观组织、提升性能具有重要意义。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置，其特征在于：

所述装置包括工作台顶板、工作台底板、多个立柱、至少一个移动平台导轨、移动平台电机、导轨滑块、两个齿条封装件、两个齿条、两个齿轮、两个齿轮电机、顶部滚轮轴、顶部滚轮、下部滚轮轴及下部滚轮；

所述立柱的两端分别连接于所述工作台顶板及所述工作台底板，所述工作台顶板用于承载工件；所述移动平台电机及所述移动平台导轨均设置在所述工作台底板上，所述导轨滑块套设在所述移动平台导轨上，所述移动平台电机通过滚珠丝杠机构连接于所述导轨滑块，以带动所述导轨滑块及连接于所述导轨滑块的顶部滚轮及所述下部滚轮移动；两个所述齿条封装件分别设置在所述导轨滑块的两端，两个所述齿条分别设置在两个所述齿条封装件上，所述下部滚轮设置在所述下部滚轮轴上，所述下部滚轮轴的两端分别设置在两个所述齿条封装件上；所述顶部滚轮设置在所述顶部滚轮轴上，所述顶部滚轮轴的两端分别连接于两个所述齿条上；两个所述齿轮分别连接于两个所述齿条封装件，且两个所述齿轮分别与两个所述齿条相啮合，两个所述齿轮电机分别连接于两个所述齿轮，以通过所述齿轮带动所述齿条上下移动，进而带动所述顶部滚轮相对于所述下部滚轮上下移动。

2.如权利要求1所述的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置，其特征在于：所述工作台顶板开设有条形槽，所述工作件覆盖所述条形槽，在焊接过程中通过条形槽对熔池底部进行吹保护气措施。

3.如权利要求2所述的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置，其特征在于：所述顶部滚轮与所述下部滚轮相对设置，且两者分别位于所述条形槽的两侧，两者配合使用以接触所述工件，继而对所述工件进行原位滚轧处理。

4.如权利要求2所述的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置，其特征在于：所述顶部滚轮的宽度与所述下部滚轮的宽度一致，均小于所述条形槽的宽度。

5.如权利要求1所述的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置，其特征在于：所述装置还包括齿轮封装件及移动平台顶部连接件，所述齿轮封装件设置在所述齿条封装件上，所述齿轮设置在所述齿轮封装件上；所述移动平台顶部连接件的两端分别连接于两个所述齿条封装件远离所述工作台底板的一端。

6.如权利要求1所述的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置，其特征在于：所述齿轮电机通过齿轮齿条机构调节所述顶部滚轮的上下移动，以调节所述顶部滚轮的半径和滚轧压力。

7.如权利要求1-6任一项所述的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置，其特征在于：所述移动平台电机通过第一移动平台电机固定件和第二移动平台电机固定件固定在所述工作台底板上。

8.如权利要求1-6任一项所述的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置，其特征在于：所述立柱的数量为四个，每个所述立柱通过四个第一螺钉固定在所述工作台底板上；所述移动平台导轨通过第一导轨固定件及第二导轨固定件安装在所述工作台底板上。

9.如权利要求1-6任一项所述的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置，其特征在于：所述移动平台导轨呈圆柱形，其与所述导轨滑块相配合使用；所述移动平台导轨用于支撑所述导轨滑块及用于为所述导轨滑块提供导向。

10.一种基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的方法，其特征在于：所述方法是采用权利要求1-9任一项所述的基于原位滚轧提升铝合金焊接接头性能的装置进行的，其在焊接过程中对焊接区域进行原位滚轧及施加压力。

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