CN114473174A - 一种超薄铝合金的摩擦焊接设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于摩擦焊接设备技术领域，具体的说是涉及一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，包括机座、A卡盘和B卡盘，还包括：水箱，水箱固接在机座下方，水箱内安装有水泵；公衬管与母衬管，公衬管与母衬管为橡胶结构，且外壁固接有瓣状顶板，顶板由磁铁制成；母衬管与公衬管接触配合时可接通机座水路并对待焊接的管件内壁起到支撑作用，本发明通过添加公衬管与母衬管，并通过水路循环产生的水压实现了对管材内壁的完全撑起以实现配合卡盘对管材轴心的完全定位，从而实现了两截薄壁管材的摩擦焊接，同时本发明通过公衬管与母衬管的设计，也实现了对不同直径以及不同壁厚的铝合金管材进行摩擦焊接，适应范围较广，功能较全。

Description

一种超薄铝合金的摩擦焊接设备
技术领域
本发明属于摩擦焊接设备技术领域，具体的说是涉及一种超薄铝合金的摩擦焊接设备。
背景技术
摩擦焊，是指利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，使工件在压力作用下产生塑性变形而进行焊接的方法。在压力作用下，是在恒定或递增压力以及扭矩的作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动在摩擦面及其附近区域产生摩擦热和塑形变形热，使及其附近区域温度上升到接近但一般低于熔点的温度区间，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，在顶锻压力的作用下，伴随材料产生塑性变形及流动，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。多年来，摩擦焊接以其优质、高效、节能、无污染的技术特色，深受制造业的重视，特别是不断开发出摩擦焊接的新技术，如超塑性摩擦焊接、线性摩擦焊接、搅拌摩擦焊接等，使其在航空、航天、核能、海洋开发等高技术领域及电力、机械制造、石油钻探、汽车制造等产业部门得到了愈来愈广泛的应用。
因为铝合金的熔点通常较低，铝合金板材的摩擦焊接通常以摩擦搅拌焊接为主，但对于管材来说，摩擦焊接因其特性，需要两段待焊接的材料在摩擦焊接过程中接触面相对稳定，且两段待焊接的材料需要保持较高的同心度，但薄壁铝合金板材因其壁厚较小，在回转摩擦过程中，仅凭卡盘固定无法保证两段管材的相对面始终处于接触状态，进而无法保证待焊接面均匀受热并准确的同心焊接，因此现阶段对于薄壁铝合金管材，摩擦焊接的方法通常不适用，亦没有适合薄壁铝合金材料摩擦焊接的相应设备，在实际的生产生活中，通常采用手工钨极氩弧焊、氧——乙炔焊及熔化极半自动氩弧焊等方式来对较薄的铝合金管材进行焊接，但以上方式通常会消耗大量的气体资源，同时也会产生大量的有害气体，操作不当时还有可能造成起火爆炸等事故，存在极大安全隐患。
鉴于此，提出本发明以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，本发明所要解决的具体问题是现有的摩擦焊接设备通常不适用于薄壁铝合金管材的焊接，然而现有的薄壁铝合金管材焊接方式通常会产生大量的有害气体，并存在极大的安全隐患的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，包括机座、A卡盘、B卡盘和滑动座，还包括：
水箱，所述水箱固接在机座下方，所述水箱内安装有水泵；
公衬管，所述公衬管通过固接在机座左侧的电机驱动；
母衬管；
所述公衬管与母衬管为橡胶结构，分别安装于机座的机架上与滑动座上，且外壁固接有瓣状顶板，所述顶板由磁铁制成；
所述母衬管与公衬管接触配合时可接通机座水路并对待焊接的管件内壁起到支撑作用。
优选的，所述公衬管左端通过A卡盘的中心通孔固接在回转套内，所述回转套通过轴承与机座左侧机架滑动连接，所述回转套左侧通过旋转接头与电机转轴固接，所述旋转接头与机座内部水路入水端连接；
所述回转套外围安装有刹车系统。
优选的，所述滑动座安装于机座右侧，所述母衬管安装在滑动座上，所述滑动座由内部步进电机驱动；
所述滑动座内设置有固定套，所述母衬管通过B卡盘的中心通孔固接在固定套内，所述固定套右侧通过接头和软管，与机座内部水路的出水端连接。
优选的，所述公衬管顶端内部安装有钢管，所述钢管通过橡胶套与公衬管内部橡胶内壁固接；
所述钢管顶端设置有顶头，所述顶头贯穿钢管顶部并与贯穿位置滑动密封连接，所述钢管通过连杆固接有固定座，所述顶头通过弹簧杆与固定座弹性连接；
所述顶头右端固接有直径小于顶头的顶针；
所述母衬管顶部设置有堵头，所述堵头通过弹簧弹性连接在母衬管顶端，所述堵头贯穿母衬管顶部并与贯穿位置滑动密封连接，所述堵头左侧开设有孔，所述孔与顶头右端的顶针形状相配合。
优选的，所述固定堵头的弹簧与固定顶头的弹簧杆的弹性需满足，当二者相配合挤压时，顶头与堵头均向内收缩并使机座内部的水路连通。
优选的，所述顶头顶部通过橡胶圈固接有一内圈凸出轴承，所述内圈凸出轴承的外圈嵌入橡胶圈内壁，所述内圈凸出轴承的外圈超出橡胶圈，所述橡胶圈使用氯丁橡胶材质。
优选的，所述回转套和固定套与公衬管和母衬管相连接的部位均设置有橡胶垫。
优选的，所述顶头与堵头远离机座中心的一侧均设置有限位板。
优选的，所述公衬管与母衬管在安装完加工管材后的总直径，小于卡盘的最大夹持直径。
优选的，待加工管材在安装过程中，需保证左右两段管材在接触时，公衬管与母衬管之间保持一定距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过添加公衬管与母衬管，并通过水路循环产生的水压实现了对管材内壁的完全撑起以实现配合卡盘对管材轴心的完全定位，从而实现了两截薄壁管材的摩擦焊接，同时本发明通过公衬管与母衬管的设计，也可对实现对不同直径以及不同壁厚的铝合金管材进行摩擦焊接，适应范围较广，功能较全。
附图说明
图1为本发明的等轴测视图；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明的俯视图；
图4为本发明的主视图结构示意图；
图5为本发明的图4的I处的放大图；
图6为本发明的公衬管的截面图；
图7为本发明的公衬管与母衬管的结构示意图；
图8为本发明的公衬管与母衬管在工作状态下的结构示意图。
图中：机座1、公衬管11、顶板111、回转套112、旋转接头113、钢管114、橡胶套115、固定座116、顶头117、顶针118、内圈凸出轴承119、橡胶圈1110、母衬管12、堵头121、滑动座13、固定套131、橡胶垫14、A卡盘2、B卡盘3、水箱4、水泵41、电机5、刹车系统6。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例通过提供一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，解决了现有的摩擦焊接设备通常不适用于薄壁铝合金管材的焊接，然而现有的薄壁铝合金管材焊接方式通常会产生大量的有害气体，并存在极大的安全隐患的技术问题。
本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：通过添加对于铝合金管材内壁的支撑装置，已实现对铝合金管材径向的完全定位，使待焊接的两段铝合金管材能够在焊接回转端旋转的过程中始终保持有效接触，从而实现对薄壁铝合金管材的摩擦焊接。
为了更好的理解本发明的技术方案，请参阅图1至图8，本发明实施例中，一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，包括机座1、A卡盘2、B卡盘3和滑动座13，还包括：
水箱4，水箱4固接在机座1下方，水箱4内安装有水泵41；
公衬管11，公衬管11通过固接在机座1左侧的电机5驱动；
母衬管12；
公衬管11与母衬管12为橡胶结构，分别安装于机座1的机架上与滑动座13上，且外壁固接有瓣状顶板111，所述顶板111由磁铁制成；
母衬管12与公衬管11接触配合时可接通机座1水路并对待焊接的管件内壁起到支撑作用；
顶板111由磁铁制成，本发明不在工作状态下时，因瓣状顶板111相互间的磁力，彼此相互吸引并形成一个柱状体，以保持整体结构不会散乱并保证整体形成的柱状体直径足够小，以使管材方便安装，当本发明处于工作状态时，公衬管11与母衬管12相互配合并形成一个闭合的水路，在水泵41形成的水压作用下，公衬管11与母衬管12内壁的橡胶结构被涨开，压力传导至顶板111，将顶板111顶起，顶板111外围构成的圆柱体区域增大，直至顶板111将待焊接的管材内壁完全撑住，配合卡盘以实现对管材的完全定位；本发明通过对管材内壁的完全撑起以实现配合卡盘对管材轴心的完全定位，从而实现了两截薄壁管材的摩擦焊接，同时本发明通过公衬管11与母衬管12的设计，也可对实现对不同直径以及不同壁厚的铝合金管材进行摩擦焊接，适应范围较广，功能较全。
作为本发明的一种实施方式，公衬管11左端通过A卡盘2的中心通孔固接在回转套112内，回转套112通过轴承与机座1左侧机架滑动连接，回转套112左侧通过旋转接头113与电机5转轴固接，旋转接头113与机座1内部水路入水端连接；
回转套112外围安装有刹车系统6；
作为本发明的一种实施方式，滑动座13安装于机座1右侧，母衬管12安装在滑动座13上，滑动座13由内部步进电机5驱动；
滑动座13内设置有固定套131，母衬管12通过B卡盘3的中心通孔固接在固定套131内，固定套131右侧通过接头和软管，与机座1内部水路的出水端连接；
旋转接头113实现了旋转体的水路循环；根据摩擦焊接原理，本发明将公衬管11所在一端作为回转端，将母衬管12一端作为固定端，以实现对管材的摩擦焊接的功能，同时通过在回转端添加回转套112，在固定端添加固定套131，以方便对待焊接管材的安装，并进一步对管材进行轴向定位，同时在焊接过程中对管材的一侧提供支撑，从而提高焊接精度；固定端安装在滑动座13上，在安装前可调节滑动座13位置以便于对待焊接管材的安装，在焊接过程中，滑动座13也可进行进给运动，一方面可以提供焊接所需的压力，另一方面也可在焊接过程中进行焊接材料的补偿；刹车系统6用于摩擦焊接过程中的制动。
作为本发明的一种实施方式，公衬管11顶端内部安装有钢管114，钢管114通过橡胶套115与公衬管11内部橡胶内壁固接；
钢管114顶端设置有顶头117，顶头117贯穿钢管114顶部并与贯穿位置滑动密封连接，钢管114通过连杆固接有固定座116，顶头117通过弹簧杆与固定座116弹性连接；
顶头117右端固接有直径小于顶头117的顶针118；
母衬管12顶部设置有堵头121，堵头121通过弹簧弹性连接在母衬管12顶端，堵头121贯穿母衬管12顶部并与贯穿位置滑动密封连接，堵头121左侧开设有孔，孔与顶头117右端的顶针118形状相配合。
作为本发明的一种实施方式，固定堵头121的弹簧与固定顶头117的弹簧杆的弹性需满足，当二者相配合挤压时，顶头117与堵头121均向内收缩并使机座1内部的水路连通；
公衬管11顶端的顶头117与母衬管12顶端的堵头121相配合，随着移动座的移动，当公衬管11与母衬管12的顶端相接触并相互挤压时，顶头117与堵头121均被压离密封位置，以使来自公衬管11的水能够进入母衬管12，使整体水路贯通，公衬管11内部的钢管114保证了固定座116与顶头117的相对位置不会受到公衬管11直径变化的影响，从而保证了顶头117的正常工作。
作为本发明的一种实施方式，顶头117顶部通过橡胶圈1110固接有一内圈凸出轴承119，内圈凸出轴承119的外圈嵌入橡胶圈1110内壁，内圈凸出轴承119的外圈超出橡胶圈1110，橡胶圈1110使用氯丁橡胶材质；
内圈凸出轴承119为一种特制的轴承，其内圈宽度大于外圈，当公衬管11与母衬管12相互接触时，橡胶圈1110在压力作用下会被压缩，从而使内圈凸出轴承119的内圈与母衬管12相接触，以此保证当电机5带动公衬管11旋转时，公衬管11与母衬管12不会发生干磨的现象，而是在内圈凸出轴承119的作用下实现滚动连接，减小摩擦损耗，同时避免公衬管11或母衬管12受到对方带来的径向应力导致偏心；当公衬管11与母衬管12相配合时，橡胶圈1110起到密封水路的作用，使水路循环中的水不会直接与摩擦焊接的工作区接触，从而带走热量影响摩擦焊接的效果，橡胶圈1110使用氯丁橡胶材质，这种橡胶耐火性较好，不易燃烧，可以更好的抵御摩擦焊接过程中工作区熔融态金属的高温侵蚀，同时当工作区温度升高，橡胶圈1110会在高温情况下软化，使内圈凸出轴承119与母衬管12的接触更紧实。
作为本发明的一种实施方式，回转套112和固定套131与公衬管11和母衬管12相连接的部位均设置有橡胶垫14；
橡胶垫14可以在一定程度上抵消掉摩擦焊接过程中的轴向压力，保护管材与固定套131和回转套112，同时橡胶具有弹性，可以在滑动座13进给过程中起到缓冲作用。
作为本发明的一种实施方式，顶头117与堵头121远离机座1中心的一侧均设置有限位板；
限位板的设置用于保证顶头117与堵头121在非工作状态下不会弹出公衬管11与母衬管12。
作为本发明的一种实施方式，公衬管11与母衬管12在安装完加工管材后的总直径，小于卡盘的最大夹持直径；
为实现本发明的正常使用，公衬管11与母衬管12的直径需要尽可能小，以适应更多管材的加工工作，同时，待加工的管材直径需要满足，安装完成后，配合体总直径小于卡盘的最大夹持直径，以保证卡盘能够夹紧。
作为本发明的一种实施方式，待加工管材在安装过程中，需保证左右两段管材在接触时，公衬管11与母衬管12之间保持一定距离；
若安装完成后公衬管11与母衬管12处于接触状态，当电机5启动回转端开始转动，则橡胶圈1110将直接被磨损，造成巨大摩擦损耗，若使二者在开始时保持一定距离，则开始时为两段管材处于摩擦焊接状态，待温度升高且有一定量的管材处于熔融状态时橡胶圈1110才开始与母衬管12接触，此时橡胶圈1110受热，硬度下降，能够较易变形使内圈凸出轴承119与母衬管12顶端接触，同时变软的橡胶圈1110也将降低橡胶圈1110与母衬管12的摩擦力，进一步减小橡胶圈1110的摩擦损耗。
工作原理：为实现本发明的正常使用，公衬管11与母衬管12的直径需要尽可能小，以适应更多管材的加工工作，同时，待加工的管材直径需要满足，安装完成后，配合体总直径小于卡盘的最大夹持直径，以保证卡盘能够夹紧；本发明在使用前，先将待焊接的两段软管安装在回转端与固定端并通过A卡盘2与B卡盘3锁紧，非工作面的一端要顶实在橡胶垫14上，本发明不在工作状态下时，因瓣状顶板111相互间的磁力，彼此相互吸引并形成一个柱状体，以保持整体结构不会散乱并保证整体形成的柱状体直径足够小，以使管材方便安装；安装完毕后，启动滑动座13，使两段管材相接触并形成一定压力，此时顶头117与堵头121相互配合，顶头117与堵头121均被压离密封位置，以使水路贯通，公衬管11与母衬管12相互配合并形成一个闭合的水路，在水泵41形成的水压作用下，公衬管11与母衬管12内壁的橡胶结构被涨开，压力传导至顶板111，将顶板111顶起，顶板111外围构成的圆柱体区域增大，直至顶板111将待焊接的管材内壁完全撑住，配合卡盘以实现对管材的完全定位；在工作过程中，开始时为两段管材处于摩擦焊接状态，待温度升高且有一定量的管材处于熔融状态时橡胶圈1110才开始与母衬管12接触，此时橡胶圈1110受热，硬度下降，能够较易变形使内圈凸出轴承119与母衬管12顶端接触，橡胶圈1110同时还起到密封水路的作用，使水路循环中的水不会直接与摩擦焊接的工作区接触，从而带走热量影响摩擦焊接的效果，待工作区达到预定效果，启动刹车系统6，完成焊接，松开位于固定端的B卡盘3，取下工件完成焊接。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，包括机座(1)、A卡盘(2)、B卡盘(3)和滑动座(13)，其特征在于：还包括：
水箱(4)，所述水箱(4)固接在机座(1)下方，所述水箱(4)内安装有水泵(41)；
公衬管(11)，所述公衬管(11)通过固接在机座(1)左侧的电机(5)驱动；
母衬管(12)；
所述公衬管(11)与母衬管(12)为橡胶结构，分别安装于机座(1)的机架上与滑动座(13)上，且外壁固接有瓣状顶板(111)，所述顶板(111)由磁铁制成；
所述母衬管(12)与公衬管(11)接触配合时可接通机座(1)水路并对待焊接的管件内壁起到支撑作用。
2.根据权利要求1所述的一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，其特征在于：所述公衬管(11)左端通过A卡盘(2)的中心通孔固接在回转套(112)内，所述回转套(112)通过轴承与机座(1)左侧机架滑动连接，所述回转套(112)左侧通过旋转接头(113)与电机(5)转轴固接，所述旋转接头(113)与机座(1)内部水路入水端连接；
所述回转套(112)外围安装有刹车系统(6)。
3.根据权利要求1所述的一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，其特征在于：所述滑动座(13)安装于机座(1)右侧，所述母衬管(12)安装在滑动座(13)上，所述滑动座(13)由内部步进电机(5)驱动；
所述滑动座(13)内设置有固定套(131)，所述母衬管(12)通过B卡盘(3)的中心通孔固接在固定套(131)内，所述固定套(131)右侧通过接头和软管，与机座(1)内部水路的出水端连接。
4.根据权利要求1所述的一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，其特征在于：所述公衬管(11)顶端内部安装有钢管(114)，所述钢管(114)通过橡胶套(115)与公衬管(11)内部橡胶内壁固接；
所述钢管(114)顶端设置有顶头(117)，所述顶头(117)贯穿钢管(114)顶部并与贯穿位置滑动密封连接，所述钢管(114)通过连杆固接有固定座(116)，所述顶头(117)通过弹簧杆与固定座(116)弹性连接；
所述顶头(117)右端固接有直径小于顶头(117)的顶针(118)；
所述母衬管(12)顶部设置有堵头(121)，所述堵头(121)通过弹簧弹性连接在母衬管(12)顶端，所述堵头(121)贯穿母衬管(12)顶部并与贯穿位置滑动密封连接，所述堵头(121)左侧开设有孔，所述孔与顶头(117)右端的顶针(118)形状相配合。
5.根据权利要求4所述的一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，其特征在于：所述固定堵头(121)的弹簧与固定顶头(117)的弹簧杆的弹性需满足，当二者相配合挤压时，顶头(117)与堵头(121)均向内收缩并使机座(1)内部的水路连通。
6.根据权利要求4所述的一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，其特征在于：所述顶头(117)顶部通过橡胶圈(1110)固接有一内圈凸出轴承(119)，所述内圈凸出轴承(119)的外圈嵌入橡胶圈(1110)内壁，所述内圈凸出轴承(119)的外圈超出橡胶圈(1110)，所述橡胶圈(1110)使用氯丁橡胶材质。
7.根据权利要求3所述的一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，其特征在于：所述回转套(112)和固定套(131)与公衬管(11)和母衬管(12)相连接的部位均设置有橡胶垫(14)。
8.根据权利要求4所述的一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，其特征在于：所述顶头(117)与堵头(121)远离机座(1)中心的一侧均设置有限位板。
9.根据权利要求1所述的一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，其特征在于：所述公衬管(11)与母衬管(12)在安装完加工管材后的总直径，小于卡盘的最大夹持直径。
10.根据权利要求1所述的一种超薄铝合金的摩擦焊接设备，其特征在于：待加工管材在安装过程中，需保证左右两段管材在接触时，公衬管(11)与母衬管(12)之间保持一定距离。
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