CN115502541A - 一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置，包括用于输送焊丝的进料装置，所述进料装置内部转动设置有用于对焊丝进行预处理的连续挤压装置，所述连续挤压装置与所述进料装置同轴设置；所述连续挤压装置包括锁定部，所述锁定部底端固定连接有螺旋处理部，所述螺旋处理部底端固定连接有填充部，所述螺旋处理部位于所述进料装置内部。本发明突破了突破现有固相焊接材料缺失及根部弱连接的弊端，成功实现大尺寸焊接板材的连续对焊连接，显著提高焊接板材对焊连接质量。

Description

一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置及方法
技术领域
本发明属于固相增材制造技术领域，特别是涉及一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置及方法。
背景技术
从冶金的角度来看，固相连接方式相比于传统的熔化焊在焊接件的结构和机械完整性方面提供了多方面优势。例如，传统焊接工艺相关的过度热输入使其易受热影响区软化的影响；此外，熔焊过程中发生的材料熔化使焊缝容易形成气孔、热裂纹和液化裂纹等缺陷。搅拌摩擦焊(FSW)作为发展最为迅速的固相连接方法的一种。自1991年开始，FSW工艺由于系统研究和开发而不断发展，包括参数优化和新工具设计。这将FSW推向了焊接技术的前沿。尽管FSW已接近其最终技术成熟度水平，但该过程中产生的摩擦热仍足以导致热影响区软化。此外，需要严格的底板和轮廓公差，因缺少填充材料的添加可能导致材料进料不足，从而导致焊接接头中的根部弱连接及焊缝减薄等。
材料的连续不间断添加是实现全固相搅拌摩擦增材制造技术的前提，现有的搅拌摩擦焊中存在焊缝材料缺失的问题。因此，需要设计一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置及方法以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置及方法，以解决上述问题，利用连续挤压技术，将填充材料挤压到待连接的两块焊接板材之间的焊缝内，在高压下实现冶金结合，突破现有固相焊接材料缺失及根部弱连接的弊端，成功实现焊接板材件的连续对焊连接。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置，包括用于输送焊丝的进料装置，所述进料装置内部转动设置有用于对焊丝进行预处理的连续挤压装置，所述连续挤压装置与所述进料装置同轴设置；
所述连续挤压装置包括锁定部，所述锁定部底端固定连接有螺旋处理部，所述螺旋处理部底端固定连接有填充部，所述螺旋处理部位于所述进料装置内部。
优选的，所述锁定部包括圆柱体，所述圆柱体底端与所述螺旋处理部固定连接，所述圆柱体外侧壁开设有两个锁紧面，两个所述锁紧面关于所述圆柱体对称设置。
优选的，所述螺旋处理部包括螺旋杆，所述螺旋杆顶端与所述圆柱体底端固定连接，所述螺旋杆底端与所述填充部固定连接，所述螺旋杆外侧壁设置有螺纹，所述螺纹沿所述螺旋杆外侧壁周向及轴向延伸，所述螺旋杆、螺纹位于所述进料装置内部。
优选的，所述填充部包括搅拌填充头，所述搅拌填充头顶端与所述螺旋杆底端固定连接，所述搅拌填充头外侧壁开设有螺旋凹槽。
优选的，所述进料装置包括进料头，所述进料头顶端固定连接有法兰，所述进料头中部开设有料腔，所述料腔垂直设置，所述螺旋杆、螺纹位于所述料腔内，所述料腔侧壁开设有进料通道，所述进料通道与所述料腔连通且相互垂直。
优选的，所述螺纹的截面形状为三角形、矩形、梯形、锯齿形和圆弧形中的一种。
优选的，所述搅拌填充头在焊接过程中的压入量小于两个焊接板材之间焊缝的高度。
优选的，所述焊丝的材质包括铝及铝合金、铜及铜合金、钛合金、镁合金、聚合物基复合材料。
一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置的焊接方法，包括以下步骤：
S1、向所述进料装置内输送焊丝；
S2、所述连续挤压装置将所述步骤S1中的焊丝进行破碎；
S3、所述连续挤压装置将所述步骤S2中破碎的焊丝挤出，开始进行搅拌摩擦焊接。
本发明具有如下技术效果：
1、本发明的搅拌摩擦填充式对焊连接的装置及方法，利用连续挤压装置剪切、搅拌并摩擦热塑化同步不间断进给的待填充材料，成功实现搅拌摩擦连续挤压并填充两焊接板材之间的对焊连接，极大地提高了搅拌摩擦对焊连接质量；
2、本发明的进料装置可实现丝材或者粉末颗粒材料的连续进给，可实现两焊接板材之间的优质对焊连接；
3、本发明通过连续挤压装置实现了填充式的焊接板材对焊接连接，避免了直接对焊连接过程中的根部弱连接的缺陷；
4、本发明的连续挤压装置底部可搅拌并填充热塑化态材料，使得焊接板材对焊连接焊缝无减薄且组织成分更均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明装置整体结构示意图；
图2为本发明连续挤压装置结构示意图；
图3为图2中A-A剖视图；
图4为本发明进料装置结构示意图。
其中，1、连续挤压装置；2、进料装置；3、焊缝；4、焊接板材；1-1、锁紧面；1-2、螺旋杆；1-3、搅拌填充头；1-2-1、螺纹；1-3-1、螺旋凹槽；2-1、法兰；2-2、料腔；2-3、进料通道。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-4，本发明提供一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置，包括用于输送焊丝的进料装置2，进料装置2内部转动设置有用于对焊丝进行预处理的连续挤压装置1，连续挤压装置1与进料装置2同轴设置；
连续挤压装置1包括锁定部，锁定部底端固定连接有螺旋处理部，螺旋处理部底端固定连接有填充部，螺旋处理部位于进料装置2内部。
进一步优化方案，锁定部包括圆柱体，圆柱体底端与螺旋处理部固定连接，圆柱体外侧壁开设有两个锁紧面1-1，两个锁紧面1-1关于圆柱体对称设置。
通过两个锁紧面1-1可以将连续挤压装置1可拆卸的安装在搅拌摩擦焊机上，锁紧面1-1的具体结构可以根据搅拌摩擦焊机的夹持刀柄进行加工。
进一步优化方案，螺旋处理部包括螺旋杆1-2，螺旋杆1-2顶端与圆柱体底端固定连接，螺旋杆1-2底端与填充部固定连接，螺旋杆1-2外侧壁设置有螺纹1-2-1，螺纹1-2-1沿螺旋杆1-2外侧壁周向及轴向延伸，螺旋杆1-2、螺纹1-2-1位于进料装置2内部。
螺纹1-2-1的旋向与搅拌摩擦焊机的结构主轴旋转方向相反，有利于热塑化材料向下运动。
进一步优化方案，填充部包括搅拌填充头1-3，搅拌填充头1-3顶端与螺旋杆1-2底端固定连接，搅拌填充头1-3外侧壁开设有螺旋凹槽1-3-1。
螺旋凹槽1-3-1用于在两块焊接板材4的焊缝3内输送填充并搅拌处理填充材料。
进一步优化方案，进料装置2包括进料头，进料头顶端固定连接有法兰2-1，进料头中部开设有料腔2-2，料腔2-2垂直设置，螺旋杆1-2、螺纹1-2-1位于料腔2-2内，料腔2-2侧壁开设有进料通道2-3，进料通道2-3与料腔2-2连通且相互垂直。
法兰2-1方便将进料装置2安装到搅拌摩擦焊机上，进料头的底端与搅拌填充头1-3的顶端在装配过程中共面。
进料头底部端面用于挤压控制填充材料从进料装置2底部端面周边溢出，同时在固相焊接过程中，进料头底部端面可避免搅拌摩擦焊在焊接过程中焊缝减薄的弊端，可实现无减薄甚至增材的效果。
进料通道2-3方便焊丝的连续进给。
进一步优化方案，螺纹1-2-1的截面形状为三角形、矩形、梯形、锯齿形和圆弧形中的一种。
进一步优化方案，搅拌填充头1-3在焊接过程中的压入量小于两个焊接板材4之间焊缝3的高度。
保证对焊连接的结合力。
进一步优化方案，焊丝的材质包括铝及铝合金、铜及铜合金、钛合金、镁合金、聚合物基复合材料。
焊丝可以结合定速送料机构使用。
一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置的焊接方法，包括以下步骤：
S1、向进料装置2内输送焊丝；焊丝通过进料装置2上预置的进料通道2-3连续的进给到进料装置2内的料腔2-2与连续挤压装置1上的螺旋杆1-2之间的空间中。
S2、连续挤压装置1将步骤S1中的焊丝进行破碎；焊丝经由螺旋杆1-2上的螺纹1-2-1被粉碎成多个颗粒状的丝材段，颗粒状丝材段沿着连续挤压装置1上的螺旋杆1-2向下运动积累。
S3、连续挤压装置1将步骤S2中破碎的焊丝挤出，开始进行搅拌摩擦焊接，随着连续挤压装置1的不断旋转，在摩擦热与机械热的共同作用下，颗粒状丝段转化成热塑化态，热塑化态材料经过连续挤压装置1底部的搅拌填充头1-3，最终填充材料被挤压到待连接的两块焊接板材4之间的焊缝3内，从而实现焊接板材4直接的对焊连接。
本发明的对焊连接装置及方法，在拌摩擦增材填充过程中可连续填充材料，焊缝无减薄且材料具有完整性，不仅能提高固相焊接头结构稳定性，突破现有的焊接板材对焊连接技术瓶颈，从而实现焊缝结构-成分-功能一体化成形，焊接效率高。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置，其特征在于，包括用于输送焊丝的进料装置(2)，所述进料装置(2)内部转动设置有用于对焊丝进行预处理的连续挤压装置(1)，所述连续挤压装置(1)与所述进料装置(2)同轴设置；
所述连续挤压装置(1)包括锁定部，所述锁定部底端固定连接有螺旋处理部，所述螺旋处理部底端固定连接有填充部，所述螺旋处理部位于所述进料装置(2)内部。
2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置，其特征在于，所述锁定部包括圆柱体，所述圆柱体底端与所述螺旋处理部固定连接，所述圆柱体外侧壁开设有两个锁紧面(1-1)，两个所述锁紧面(1-1)关于所述圆柱体对称设置。
3.根据权利要求2所述的一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置，其特征在于，所述螺旋处理部包括螺旋杆(1-2)，所述螺旋杆(1-2)顶端与所述圆柱体底端固定连接，所述螺旋杆(1-2)底端与所述填充部固定连接，所述螺旋杆(1-2)外侧壁设置有螺纹(1-2-1)，所述螺纹(1-2-1)沿所述螺旋杆(1-2)外侧壁周向及轴向延伸，所述螺旋杆(1-2)、螺纹(1-2-1)位于所述进料装置(2)内部。
4.根据权利要求3所述的一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置，其特征在于，所述填充部包括搅拌填充头(1-3)，所述搅拌填充头(1-3)顶端与所述螺旋杆(1-2)底端固定连接，所述搅拌填充头(1-3)外侧壁开设有螺旋凹槽(1-3-1)。
5.根据权利要求3所述的一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置，其特征在于，所述进料装置(2)包括进料头，所述进料头顶端固定连接有法兰(2-1)，所述进料头中部开设有料腔(2-2)，所述料腔(2-2)垂直设置，所述螺旋杆(1-2)、螺纹(1-2-1)位于所述料腔(2-2)内，所述料腔(2-2)侧壁开设有进料通道(2-3)，所述进料通道(2-3)与所述料腔(2-2)连通且相互垂直。
6.根据权利要求3所述的一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置，其特征在于，所述螺纹(1-2-1)的截面形状为三角形、矩形、梯形、锯齿形和圆弧形中的一种。
7.根据权利要求4所述的一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置，其特征在于，所述搅拌填充头(1-3)在焊接过程中的压入量小于两个焊接板材(4)之间焊缝(3)的高度。
8.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置，其特征在于，所述焊丝的材质包括铝及铝合金、铜及铜合金、钛合金、镁合金、聚合物基复合材料。
9.一种权利要求1-8任一项所述的搅拌摩擦增材填充式对焊连接的装置的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、向所述进料装置(2)内输送焊丝；
S2、所述连续挤压装置(1)将所述步骤S1中的焊丝进行破碎；
S3、所述连续挤压装置(1)将所述步骤S2中破碎的焊丝挤出，开始进行搅拌摩擦焊接。
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