CN113618228A - 一种柔性便携搅拌摩擦焊接设备及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种柔性便携搅拌摩擦焊接设备及其使用方法，属于搅拌摩擦焊接领域。该柔性便携搅拌摩擦焊接设备，包括通过连接部件连接的搅拌摩擦焊接部件和行走机构控制部件；搅拌摩擦焊接部件包括搅拌头动力电机、搅拌头磁力装置和搅拌头；行走机构控制部件包括压板、行走机构、行走机构磁力装置和行走机构动力电机；搅拌头动力电机的输出轴和搅拌头连接，搅拌头磁力装置固定在搅拌头动力电机上，搅拌头设置在搅拌头磁力装置下方；行走机构动力电机和行走机构连接，行走机构磁力装置固定在行走机构动力电机上，行走机构磁力装置和压板连接。该设备重量低，成本降低，占地面积减小，移动灵活，对工件尺寸限制小，有利于搅拌摩擦焊接技术的进一步推广应用。
Description
技术领域
本发明属于搅拌摩擦焊接技术领域，具体涉及一种柔性便携搅拌摩擦焊接设备及其使用方法。
背景技术
搅拌摩擦焊(FSW)是一种高质量的固相焊接方法，同传统的熔化焊相比，FSW具有绿色环保、接头强度高、焊接变形小的优点，近年来已广泛应用于航空航天、轨道交通、船舶等领域。随着制造业的快速发展，太空焊接、在轨修复、水下焊接、武器装备修复等特种环境对搅拌摩擦焊(FSW)有了越来越多的需求。然而，现有的FSW设备多为大型机械，存在结构复杂、体积庞大、移动困难、工作柔性差的问题，限制了FSW在特种环境中的应用。
FSW设备灵活性差，主要由FSW的工艺特点导致。FSW过程中，待焊工件首先需要刚性固定且有背部支撑，然后通过搅拌头在待焊工件上施加较大的力，这就要求FSW设备具有能够承受工件产生的反力的结构。现有设备都采用框架结构承载，随着待焊工件尺寸增大，框架整体尺寸必然增大，与此同时，施力点与框架之间的力臂增大，导致框架组件也必须增加尺寸才能保证足够的刚度，因此，现有设备不仅庞大厚重，而且工作空间有限。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种柔性便携搅拌摩擦焊接设备及其使用方法，以满足制造业对特种环境下搅拌摩擦焊接的需求。
为了解决上述问题，采用的技术方案如下：
本发明的一种柔性便携搅拌摩擦焊接设备，包括搅拌摩擦焊接部件、行走机构控制部件和连接部件；所述的搅拌摩擦焊接部件包括搅拌头动力电机、搅拌头磁力装置和搅拌头；行走机构控制部件包括压板、行走机构、行走机构磁力装置和行走机构动力电机；
搅拌摩擦焊接部件和行走机构控制部件通过连接部件连接；
搅拌头动力电机的输出轴和搅拌头连接，搅拌头磁力装置和搅拌头动力电机连接，搅拌头设置在搅拌头磁力装置下方；行走机构动力电机和行走机构连接，行走机构磁力装置连接在行走机构动力电机上，所述的行走机构磁力装置和压板连接。
进一步的，所述的柔性便携搅拌摩擦焊接设备还包括背部磁力支撑板，其设置在柔性便携搅拌摩擦焊接设备的下方，更具体是设置在待焊接工件的焊缝下方。
所述的背部磁力支撑板为电磁铁、永磁铁、铁磁性材料板中的一种，是一种能够产生磁力的装置，用于提供支撑力。
所述的背部磁力支撑板为一块或多块。
进一步的，所述的行走机构动力电机还连接有控制器，用于控制行走机构。
进一步的，搅拌头磁力装置为能够产生磁力的装置，优选为电磁铁或永磁体，用于和背部磁力支撑板或磁性待焊接工件相互吸引，提供搅拌摩擦焊接的下压力。
进一步的，行走机构磁力装置为能够产生磁力的装置，优选为电磁铁或永磁体，用于和背部磁力支撑板或磁性待焊接工件相互吸引，提供搅拌摩擦焊接的下压力。
优选为，所述的行走机构为履带式结构或轮式结构。
进一步的，行走机构动力电机和行走机构连接具体方式为：行走机构动力电机的轴通过一组相互啮合的锥齿轮与行走机构的轴相连。
优选为，连接部件套设在搅拌头动力电机和行走机构控制部件之间，实现活动连接。
优选为，所述的压板一端固定在行走机构磁力装置上，并随行走机构移动，压板的另一端延伸至搅拌头，并将搅拌头全包围或半包围，压板用于将待焊接工件压紧在背部磁力支撑板上，起到固定作用。
进一步的，压板和连接部件平行设置。
进一步的，所述的行走机构控制部件包括一套或多套。
当设置多套时，连接部件将多套行走机构控制部件的行走机构动力电机和搅拌头动力电机连接，压板为一套或多套。
本发明的一种柔性便携搅拌摩擦焊接设备的使用方法，包括以下步骤：
步骤1：准备
将背部磁力支撑板设置在待焊接工件焊缝对应下方，将柔性便携搅拌摩擦焊接设备设置在待焊接工件焊缝对应上方，搅拌头对应在焊缝位置；
步骤2：焊接
工作时，启动搅拌头动力电机，搅拌头动力电机带动搅拌头旋转下压；同时，启动行走机构动力电机，行走机构动力电机带动行走机构，搅拌头磁力装置与背部磁力支撑板之间产生吸引力，行走机构磁力装置与背部磁力支撑板之间产生吸引力，提供了搅拌摩擦焊所需的下压力和支撑力，行走机构通过连接部件带动搅拌头沿焊缝行走，同时压板将待焊接工件压紧在背部磁力支撑板上，完成焊接。
所述的步骤1中，所述的背部磁力支撑板还可以用磁性待焊接工件进行替代，所述的背部磁力支撑板可以设置为随行走机构移动的随动式支撑板，或将其固定在焊缝下方的固定式支撑板。
本发明的一种柔性便携搅拌摩擦焊接设备及其使用方法，其有益效果是：
1)采用磁力的吸引力为搅拌摩擦焊设备提供下压力和支撑力，摒弃了传统搅拌摩擦焊设备重量大、柔性差的框架结构，设备重量大幅降低，同时去除了工作台尺寸的限制，实现了搅拌摩擦焊接设备的便携性和柔性。
2)吸附于待焊工件表面的行走机构可带动搅拌头实现三维曲线搅拌摩擦焊接。
3)本发明的设备重量低，成本降低，占地面积减小，移动灵活，对工件尺寸限制小，有利于搅拌摩擦焊接技术的进一步推广应用。
附图说明
图1是实施例1的柔性便携搅拌摩擦焊接设备的整体立体结构示意图；
图2是实施例1的柔性便携搅拌摩擦焊接设备的工作时结构示意图；
图3是实施例1的柔性便携搅拌摩擦焊接设备的内部连接示意图；
图4是实施例1柔性便携搅拌摩擦焊接设备工作时的示意图；
图5是实施例2柔性便携搅拌摩擦焊接设备工作时的示意图；
图6是实施例3的柔性便携搅拌摩擦焊接设备的整体立体结构示意图；
图7是实施例3柔性便携搅拌摩擦焊接设备工作时的示意图；
图中：1-搅拌头动力电机；2-连接部件；3-搅拌头磁力装置；4-搅拌头；5-压板；6-背部磁力支撑板；7-行走机构，701-第一行走机构，702-第二行走机构；8-行走机构磁力装置，801-第一行走机构磁力装置，802-第二行走机构磁力装置；9-行走机构动力电机，901-第一行走机构动力电机，902-第二行走机构动力电机；10-待焊接工件；11-焊缝；12-锥齿轮。
具体实施方式
为了进一步了解本发明的内容，列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
实施例1
一种柔性便携搅拌摩擦焊接设备，其结构示意图如图1所示。该柔性便携搅拌摩擦焊接设备包括一组搅拌摩擦焊接部件、一组行走机构控制部件和连接部件2；
所述的搅拌摩擦焊接部件包括搅拌头动力电机1、搅拌头磁力装置3和搅拌头4；行走机构控制部件包括压板5、行走机构7、行走机构磁力装置8、行走机构动力电机9。
搅拌摩擦焊接部件和行走机构控制部件通过连接部件2连接；更具体的是所述连接部件2将所述搅拌头动力电机1与所述行走机构动力电机9连接；
搅拌头动力电机1的输出轴穿过搅拌头磁力装置3和搅拌头4连接，搅拌头磁力装置3固定在搅拌头动力电机1上，搅拌头4设置在搅拌头磁力装置3下方；行走机构动力电机9穿过行走机构磁力装置8和行走机构7连接，压板5一端固定在行走机构磁力装置8上，并随行走机构移动，压板5的另一端延伸至搅拌头4，并将搅拌头4半包围。
在使用时，在待焊接工件的焊缝对应下方设置有背部磁力支撑板6；本实施例中，背部磁力支撑板6采用铁磁性材料板，是一块随行走机构7移动的随动式支撑板；
行走机构动力电机9还连接有控制器，用于控制行走机构。
本实施例中，搅拌头磁力装置3为电磁铁，固定在搅拌头动力电机上，并且不随搅拌头动力电机转动；
本实施例中，行走机构磁力装置8为电磁铁，固定在行走机构动力电机9上。
本实施例中，行走机构7为轮式结构，其通过行走机构动力电机9的轴通过一组相互啮合的锥齿轮12与行走机构的轴相连(见图3)，从而实现行走机构带动搅拌头沿着焊缝行走。
柔性便携搅拌摩擦焊接设备工作原理如图2所示，搅拌头磁力装置3与背部磁力支撑板6之间产生吸引力，行走机构磁力装置8与背部磁力支撑板6之间产生吸引力，提供了搅拌摩擦焊所需的下压力和支撑力，工作时，启动搅拌头动力电机3，搅拌头动力电机3带动搅拌头4旋转下压；同时，启动行走机构动力电机9，行走机构动力电机9带动行走机构7，行走机构7通过连接部件2带动搅拌头4在待焊接工件10表面沿焊缝11行走，完成焊接。
本实施例的柔性便携搅拌摩擦焊接设备如图4所示，设备工作过程中，行走机构7在焊缝上并位于焊接方向的前方，通过连接部件2拉动搅拌头4沿焊缝行走，完成焊接。
实施例2
一种柔性便携搅拌摩擦焊接设备，其同实施例1，不同之处在于：
本实施例采用的背部磁力支撑板为多块永磁铁，其设置在待焊接工件10的焊接对应位置；
本实施例中，采用的搅拌头磁力装置3为永磁体；行走机构磁力装置8为永磁体。
本实施例中，采用行走机构为履带式结构。
本实施例的柔性便携搅拌摩擦焊接设备，工作时的示意图如图5所示，与实施例1不同之处在于，本实施例的行走机构7在焊缝一侧带动搅拌头4行走，完成焊接。
实施例3
一种柔性便携搅拌摩擦焊接设备，其结构示意图如图6所示，具体包括一组搅拌摩擦焊接部件、两组行走机构控制部件和连接部件2；一组搅拌摩擦焊接部件包括搅拌头动力电机1、搅拌头磁力装置3和搅拌头4；第一组行走机构控制部件包括第一行走机构701、第一行走机构磁力装置801、第一行走机构动力电机901；第二组行走机构控制部件包括第二行走机构702、第二行走机构磁力装置802、第二行走机构动力电机902。
搅拌摩擦焊接部件和行走机构控制部件通过连接部件2连接；更具体的是，连接部件2将多套行走机构控制部件的第一行走机构动力电机901、第二行走机构动力电机902和搅拌头动力电机1连接。
搅拌头动力电机1的输出轴穿过搅拌头磁力装置3和搅拌头4连接，搅拌头磁力装置3固定在搅拌头动力电机1上，搅拌头4设置在搅拌头磁力装置3下方；第一行走机构动力电机901穿过第一行走机构磁力装置801和第一行走机构701连接，第二行走机构动力电机902穿过第二行走机构磁力装置802和第二行走机构702连接，第二行走机构磁力装置802固定在第二行走机构动力电机902下方，压板5一端固定在第一行走机构磁力装置801上，压板5另一端固定在第二行走机构磁力装置802上，压板5上设置有通孔，将搅拌头4全包围。
在使用时，在待焊接工件的焊缝对应下方设置有背部磁力支撑板6；本实施例中，背部磁力支撑板6采用铁磁性材料板，是一块随行走机构7移动的随动式支撑板；
行走机构动力电机9还连接有控制器，用于控制行走机构，实现行走机构的数字化控制。
本实施例中，搅拌头磁力装置3为电磁铁，固定在搅拌头动力电机上，并且不随搅拌头动力电机转动；
本实施例中，第一行走机构磁力装置801为电磁铁，固定在第一行走机构动力电机9上，第一行走机构701为轮式结构。第二行走机构磁力装置802为电磁铁，固定在第二行走机构动力电机902上，第二行走机构702为轮式结构。
本实施例的柔性便携搅拌摩擦焊接设备如图7所示，与实施例2不同之处在于，本实施例具有2套行走机构，分别位于焊缝两侧，工作时，所述搅拌头磁力装置3与所述背部磁力支撑板6之间产生吸引力，所述第一行走机构磁力装置801和第二行走机构磁力装置802均与所述背部磁力支撑板6之间产生吸引力，提供了搅拌摩擦焊所需的下压力和支撑力，第一行走机构701和第二行走机构702共同通过连接部件2带动所述搅拌头4沿焊缝11行走，完成焊接。
实施例4
一种柔性便携搅拌摩擦焊接设备，同实施例1，不同之处在于，采用的待焊接工件为磁性材料，无背部磁力支撑板。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的范围，均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。
Claims (10)
1.一种柔性便携搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，所述的柔性便携搅拌摩擦焊接设备包括搅拌摩擦焊接部件、行走机构控制部件和连接部件；所述的搅拌摩擦焊接部件包括搅拌头动力电机、搅拌头磁力装置和搅拌头；行走机构控制部件包括行走机构动力电机、行走机构磁力装置、行走机构和压板；
搅拌摩擦焊接部件和行走机构控制部件通过连接部件连接；
搅拌头动力电机的输出轴和搅拌头连接，搅拌头磁力装置和搅拌头动力电机连接，搅拌头设置在搅拌头磁力装置下方；行走机构动力电机和行走机构连接，行走机构磁力装置连接在行走机构动力电机上，行走机构磁力装置和压板连接。
2.根据权利要求1所述的柔性便携搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，所述的柔性便携搅拌摩擦焊接设备还包括背部磁力支撑板，所述的背部磁力支撑板设置在柔性便携搅拌摩擦焊接设备的下方；
所述的背部磁力支撑板为电磁铁、永磁铁、铁磁性材料板中的一种；所述的背部磁力支撑板为一块或多块。
3.根据权利要求1所述的柔性便携搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，所述的行走机构动力电机还连接有控制器，用于控制行走机构。
4.根据权利要求1所述的柔性便携搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，所述的搅拌头磁力装置为能够产生磁力的装置；所述的行走机构磁力装置为能够产生磁力的装置。
5.根据权利要求1所述的柔性便携搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，所述的行走机构为履带式结构或轮式结构。
6.根据权利要求1所述的柔性便携搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，行走机构动力电机和行走机构连接具体方式为：行走机构动力电机的轴通过一组相互啮合的锥齿轮与行走机构的轴相连。
7.根据权利要求1所述的柔性便携搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，压板一端固定在行走机构磁力装置上，并随行走机构移动，压板的另一端延伸至搅拌头，并将搅拌头全包围或半包围，压板用于将待焊接工件压紧在背部磁力支撑板上，起到固定作用。
8.根据权利要求1所述的柔性便携搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，所述的行走机构控制部件包括一套或多套；
当设置多套时，连接部件将多套行走机构控制部件的行走机构动力电机和搅拌头动力电机连接，压板为一套或多套。
9.一种柔性便携搅拌摩擦焊接设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：准备
将背部磁力支撑板设置在待焊接工件焊缝对应下方，将柔性便携搅拌摩擦焊接设备设置在待焊接工件焊缝对应上方，搅拌头对应在焊缝位置；
步骤2：焊接
工作时，启动搅拌头动力电机，搅拌头动力电机带动搅拌头旋转下压；同时，启动行走机构动力电机，行走机构动力电机带动行走机构，搅拌头磁力装置与背部磁力支撑板之间产生吸引力，行走机构磁力装置与背部磁力支撑板之间产生吸引力，提供了搅拌摩擦焊所需的下压力和支撑力，行走机构通过连接部件带动搅拌头沿焊缝行走，同时压板将待焊接工件压紧在背部磁力支撑板上，完成焊接。
10.根据权利要求9所述的柔性便携搅拌摩擦焊接设备的使用方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的背部磁力支撑板还可以用磁性待焊接工件替代。
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