CN116079224A - 一种消耗型搅拌摩擦焊装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消耗型搅拌摩擦焊装置及焊接方法，属于焊接技术领域，其包括：工作台；移动龙门架；位于移动龙门架内且可沿竖直方向相对移动龙门架滑动的移动梁；第一驱动部，用于驱动移动梁相对移动龙门架滑动；中空的套筒，套筒的第一端与移动梁固定连接，套筒的第二端为自由端；与套筒可转动连接的空心轴；芯料，芯料穿过空心轴的中心孔；第二驱动部，用于驱动空心轴沿其中心轴线转动，进而带动芯料转动；施压部，设置在移动龙门架上。本发明可以根据不同尺寸的焊接件对芯料进行精确的进给方向和进给距离的调整，调节芯料在焊缝中的深度，能够对芯料和焊缝进行提前预热，并对焊缝进行及时的压平和保护。

Description

一种消耗型搅拌摩擦焊装置及焊接方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种消耗型搅拌摩擦焊装置及焊接方法。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种新型固相连接技术，是1991年由英国焊接研究所发明的。其过程为由轴肩和搅拌针组成的搅拌头，在高速旋转的同时插入焊缝并向前行进，利用摩擦热使待焊材料塑化，在搅拌头的带动下发生塑性流动，并在轴肩的锻压作用下形成焊缝，实现固相连接，具有显微组织变化小，残余应力较低，变形较小等众多优点。

搅拌摩擦焊可焊接材料有铝合金、镁合金、钛合金和钢等，被广泛用于航空航天、交通运输、建筑等领域。摩擦焊设备在使用时，需要更换搅拌针，需要对焊接件进行限位与固定、对搅拌针进行精确定位和进给，还需要对焊缝进行及时的压平和保护。

然而现有搅拌摩擦焊装置的搅拌针尺寸小，焊接距离短，焊接成本高，限位机构对焊接件的位置固定能力较差，搅拌针和焊缝的预热不足，搅拌头的进给方向和进给距离不够精确，焊缝不能被及时压平和保护，导致焊接过程中焊接件以及焊缝出现错位情况，焊接效率低，焊缝成型质量差。

发明内容

本发明的目的是提供一种焊接距离长，焊接成本低，可以准确固定焊接件位置，根据不同尺寸的焊接件对芯料进行精确的进给方向和进给距离的调整，同时，可以调节芯料在焊缝中的深度，能够对芯料和焊缝进行提前预热、及时压平和保护的搅拌摩擦焊装置及焊接方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：

一种消耗型搅拌摩擦焊装置，包括：

工作台，用于放置待焊接件；

移动龙门架，所述移动龙门架包括2个相对设置的立梁以及固定连接在2个所述立梁之间的横梁；所述立梁可滑动地连接于所述工作台的上端；

位于所述移动龙门架内且可沿竖直方向相对所述移动龙门架滑动的移动梁；

第一驱动部，用于驱动所述移动梁相对所述移动龙门架滑动；

中空的套筒，所述套筒的第一端与所述移动梁固定连接，所述套筒的第二端为自由端，所述自由端位于所述移动梁远离所述横梁的一侧；

与所述套筒可转动连接的空心轴，所述空心轴的第一端位于所述套筒的中空腔内，所述空心轴的第二端穿过所述移动梁并延伸至所述移动梁外；

芯料，所述芯料穿过所述空心轴的中心孔，所述芯料的第一端延伸至所述空心轴的外侧，并位于所述横梁与所述移动梁之间；所述芯料的第二端延伸至所述套筒的外侧与所述待焊接件接触；

第二驱动部，用于驱动所述空心轴沿其中心轴线转动，进而带动所述芯料转动；

施压部，所述施压部设置在所述移动龙门架上，用于对所述芯料第一端进行施压以保证所述芯料的第二端始终与所述待焊接件接触。

进一步地，还包括压平和保护机构，所述压平与保护机构包括：

第一压平杆和第二压平杆，所述第一压平杆为中空结构，所述第一压平杆的第一端通过第一法兰连接在所述移动梁上，所述第二压平杆的第一端至少部分可滑动地插置在所述第一压平杆内，所述第二压平杆的第二端靠近端部位置设置有凸缘；

所述凸缘与所述第一压平杆的第二端端面之间设置有弹簧，所述第二压平杆的第二端设置有方形框架，所述方形框架远离所述第二压平杆的一侧边可转动连接有滚轮；所述第二压平杆的第二端端部与所述凸缘之间设置有吹气孔，所述吹气孔的出口方向指向对焊好的焊缝，以通过保护气对焊好的焊缝进行保护。

进一步地，还包括预加热机构，所述预加热机构包括缠绕在所述套筒内壁的电热丝，所述电热丝用于通电后对所述芯料提前预热。

进一步地，所述工作台的两侧均设置有导轨，所述立梁的下端设置有滑块，所述导轨和所述滑块滑动配合。

进一步地，还包括滚珠丝杆传动机构，所述滚珠丝杆传动机构包括与所述工作台可转动连接的滚珠丝杆以及设置在所述立梁的丝杆螺母。

进一步地，所述第一驱动部为液压伸缩杆，所述液压伸缩杆的固定端与所述横梁固定连接，所述液压伸缩杆的驱动端通过第二法兰与所述移动梁固定连接。

进一步地，所述第二驱动部包括设置在所述移动梁上的电机、设置在所述电机输出端的第一齿轮，所述空心轴的第一端设置有第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合配合。

进一步地，还包括压紧块、相对设置在所述工作台上的限位块和阻挡块，所述限位块和阻挡块用于所述待焊接件的定位；所述压紧块通过螺栓可调高度地设置在所述工作台上，用于压紧所述待焊接件。

进一步地，还包括卸料机构，所述卸料机构位于所述工作台的一侧，用于放置焊接完成的焊接件进行冷却。

一种采用上述任一项所述的消耗型搅拌摩擦焊装置的焊接方法，包括以下步骤：

S10、将待焊接件放置于工作台上，用限位块、压紧块和阻挡块固定住待焊接；

S20、启动液压伸缩杆推动移动梁向下运动，使套筒和芯料的第二端伸进焊缝的坡口处；

S30、将位于压平与保护机构顶端的滚轮在弹簧作用下压紧待焊接件表面；

S40、给套筒内的电热丝通电，开始对芯料和焊缝进行预热；

S50、预热完毕后开启吹气孔，并开启电机开始让芯料转动；

S60、施压部对芯料的第一端施加压力，芯料的第二端与待焊接件的表面接触后，相互摩擦会产生热量；

S70、当芯料的第二端高出套筒的部分因摩擦而逐渐损耗，套筒的第二端与焊接件的表面抵接时，以预设进给速度移动移动龙门架；

S80、吹气孔吹出保护气对焊好的焊缝进行保护，滚轮对焊好的焊缝进行压平，以保证焊缝质量；

S90、打开压紧块，将焊接件放置在卸料机构上进行冷却；

S100、将移动龙门架回到初始位置并重新上料，开始下一轮的焊接任务。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明焊接距离更长，焊接成本更低，能够准确固定焊接件位置，可以根据不同尺寸的焊接件对芯料进行精确的进给方向和进给距离的调整，调节芯料在焊缝中的深度，能够对芯料和焊缝进行提前预热，并对焊缝进行及时的压平和保护，有效提高焊缝位置精度、焊接效率和焊接件的成型质量。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的整体结构主视图；

图3是动力传动的结构示意图；

图4是本发明的整体结构左视图；

图5是本发明的整体结构后视图；

图6是本发明的整体结构俯视图；

图7是预加热结构示意图；

图8是芯料的结构示意图；

图9是压平与吹气保护机构的局部放大视图；

图中：1、支撑架；2、导轨；3、滚珠丝杆；4、工作台；5、移动龙门架；6、液压伸缩杆；7、电机；8、施压部；9、第二法兰；10、移动梁；11、压平与保护机构；12、压紧块；13、弹簧；14、限位块；15、滚轮；16、待焊接件；17、空心轴；18、第二齿轮；19、阻挡块；20、套筒；21、芯料；22、卸料机构；23、电热丝；24、吹气孔。

具体实施方式

本发明提供一种消耗型搅拌摩擦焊装置及焊接方法。以下结合附图对本发明技术方案进行详细描述，以使其更易于理解和掌握。

实施例1

参考图1-9，一种消耗型搅拌摩擦焊装置，包括：

工作台4，用于放置待焊接件16；

移动龙门架5，移动龙门架5包括2个相对设置的立梁以及固定连接在2个立梁之间的横梁；立梁可滑动地连接于工作台4的上端；

位于移动龙门架5内且可沿竖直方向相对移动龙门架5滑动的移动梁10；

第一驱动部，用于驱动移动梁10相对移动龙门架5滑动；

中空的套筒20，套筒20的第一端与移动梁10固定连接，套筒20的第二端为自由端，自由端位于移动梁10远离横梁的一侧；

与套筒20可转动连接的空心轴17，空心轴17的第一端位于套筒20的中空腔内，空心轴17的第二端穿过移动梁10并延伸至移动梁10外；

芯料21，芯料21穿过空心轴17的中心孔，芯料21的第一端延伸至空心轴17的外侧，并位于横梁与移动梁10之间；芯料21的第二端延伸至套筒20的外侧与待焊接件16接触；

第二驱动部，用于驱动空心轴17沿其中心轴线转动，进而带动芯料21转动；

施压部8，施压部8设置在移动龙门架5上，用于对芯料21第一端进行施压以保证芯料21的第二端始终与待焊接件16接触。

在本实施例中，工作台4固定安装在支撑架1的上端。

在本实施例中，芯料21为耗材，由与待焊接材料同材质的扁平状圆柱体构成；套筒20为支撑体，并与芯料21通过轴承同轴配合，是非消耗部件；芯料21的第二端超出套筒20的第二端端部0～5毫米，优选为1-3毫米，其中，套筒20的第二端沉入工件表面0～0.3毫米，优选为0.2毫米。

本实施提供的消耗型搅拌摩擦焊装置，焊接距离更长，焊接成本更低，可以根据不同尺寸的焊接件对芯料进行精确的进给方向和进给距离的调整。

实施例2

为了对焊缝进行及时的压平和保护，本实施例在实施例1的基础上进行了更进一步的设置。

本实施例提供的消耗型搅拌摩擦焊装置，还包括压平和保护机构，压平与保护机构11包括：

第一压平杆和第二压平杆，第一压平杆为中空结构，第一压平杆的第一端通过第一法兰连接在移动梁10上，第二压平杆的第一端至少部分可滑动地插置在第一压平杆内，第二压平杆的第二端靠近端部位置设置有凸缘；

凸缘与第一压平杆的第二端端面之间设置有弹簧13，第二压平杆的第二端设置有方形框架，方形框架远离第二压平杆的一侧边可转动连接有滚轮15；第二压平杆的第二端端部与凸缘之间设置有吹气孔24，吹气孔24的出口方向指向对焊好的焊缝，以通过保护气对焊好的焊缝进行保护。

其中，在套筒20的后方设置有滚轮和吹气孔，可以对焊缝进行压平和保护。

在本实施例中，第二压平杆内设置容纳腔，容纳腔与供气装置连通，吹气孔24与容纳腔连通。

实施例3

为了能够准确固定焊接件位置，可以调节芯料在焊缝中的深度，能够对芯料和焊缝进行提前预热，并对焊缝进行及时的压平和保护，有效提高焊缝位置精度、焊接效率和焊接件的成型质量，本实施例在实施例2的基础上进行了进一步地设置。

在本实施例中，第一驱动部为液压伸缩杆6，液压伸缩杆6的固定端与横梁固定连接，液压伸缩杆6的驱动端通过第二法兰9与移动梁10固定连接。

通过芯料21的第一端端设置有施压部8，可以控制芯料钻21压方向的进给距离。

在本实施例中，施压部8为液压伸缩杆、液压缸、气缸或其他施力机构的一种。

在本实施例中，第二驱动部包括设置在移动梁10上的电机7、设置在电机7输出端的第一齿轮，空心轴的第一端设置有第二齿轮18，第一齿轮与第二齿轮18啮合配合。

其中，第一齿轮和第二齿轮18均为锥齿轮。其中，第二齿轮18套设在空心轴的第一端外侧，通过芯料21末端设置的锥齿轮传动机构，可以控制芯料21的转动扭矩。

更具体地，芯料21套在一个与其横截面形状相同的空心轴17里，空心轴17穿过固定在移动梁上的轴承，与第二齿轮18(锥齿轮)内孔配合。

本实施例消耗型搅拌摩擦焊装置，还包括预加热机构,预加热机构包括缠绕在套筒20内壁的电热丝23，电热丝23用于通电后对芯料21和焊缝提前预热。

在本实施例中，工作台4的两侧均设置有导轨2，立梁的下端设置有滑块，导轨2和滑块滑动配合。

本实施例提供的消耗型搅拌摩擦焊装置，还包括滚珠丝杆传动机构，滚珠丝杆传动机构包括与工作台4可转动连接的滚珠丝杆3以及设置在立梁的丝杆螺母。

本实施例提供的消耗型搅拌摩擦焊装置，还包括第三驱动部，第三驱动部为驱动电机，驱动电机固定安装在工作台4上，驱动电机的驱动端与滚珠丝杆3的一端驱动连接。

在工作台4的两侧有滚珠丝杆传动机构和导轨机构，能够控制芯料的水平进给方向和距离。

本实施例提供的消耗型搅拌摩擦焊装置，还包括压紧块12、相对设置在工作台4上的限位块14和阻挡块19，限位块14和阻挡块19用于待焊接件16的定位；压紧块12通过螺栓可调高度地设置在工作台4上，用于压紧待焊接件16。

在本实施例中，限位块14和阻挡块19均为两个；其中，两个限位块14位于待焊接件16的一侧，两个阻挡块19位于待焊接件16的另一侧。

其中，限位块14优选为三角形，阻挡块19优选为L形。

在本实施例中，压紧块12为2个，分别位于待焊接件16的另外2侧。

本实施例提供的消耗型搅拌摩擦焊装置，还包括卸料机构22，卸料机构22位于工作台4的一侧，用于放置焊接完成的焊接件进行冷却。

其中，卸料机构22为现有技术中的放置工件平台，这里不再赘述。

实施例4

一种消耗型搅拌摩擦焊装置的焊接方法，采用实施例1、实施例2或实施例3提供的消耗型搅拌摩擦焊装置进行焊接，焊接方法包括以下步骤：

S10、将待焊接件放置于工作台上，用限位块、压紧块和阻挡块固定住待焊接；

S20、启动液压伸缩杆推动移动梁向下运动，使套筒和芯料的第二端伸进焊缝的坡口处；

S30、将位于压平与保护机构顶端的滚轮在弹簧作用下压紧待焊接件表面；

S40、给套筒内的电热丝通电，开始对芯料和焊缝进行预热；

S50、预热完毕后开启吹气孔，并开启电机开始让芯料转动；

S60、施压部对芯料的第一端施加压力，芯料的第二端与待焊接件的表面接触后，相互摩擦会产生热量；

S70、当芯料的第二端因摩擦而逐渐损耗(即待芯料的第二端高出套筒的部分完全消耗)，套筒的第二端与焊接件的表面抵接时，以10～500毫米/分的进给速度移动移动龙门架；

S80、吹气孔吹出保护气对焊好的焊缝进行保护，滚轮对焊好的焊缝进行压平，以保证焊缝质量；

S90、打开压紧块，将焊接件放置在卸料机构上进行冷却；

S100、将移动龙门架回到初始位置并重新上料，开始下一轮的焊接任务。

以上对本发明的技术方案进行了充分描述，需要说明的是，本发明的具体实施方式并不受上述描述的限制，本领域的普通技术人员依据本发明的精神实质在结构、方法或功能等方面采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种消耗型搅拌摩擦焊装置，其特征在于，包括：

工作台，用于放置待焊接件；

移动龙门架，所述移动龙门架包括2个相对设置的立梁以及固定连接在2个所述立梁之间的横梁；所述立梁可滑动地连接于所述工作台的上端；

位于所述移动龙门架内且可沿竖直方向相对所述移动龙门架滑动的移动梁；

第一驱动部，用于驱动所述移动梁相对所述移动龙门架滑动；

中空的套筒，所述套筒的第一端与所述移动梁固定连接，所述套筒的第二端为自由端，所述自由端位于所述移动梁远离所述横梁的一侧；

与所述套筒可转动连接的空心轴，所述空心轴的第一端位于所述套筒的中空腔内，所述空心轴的第二端穿过所述移动梁并延伸至所述移动梁外；

芯料，所述芯料穿过所述空心轴的中心孔，所述芯料的第一端延伸至所述空心轴的外侧，并位于所述横梁与所述移动梁之间；所述芯料的第二端延伸至所述套筒的外侧与所述待焊接件接触；

第二驱动部，用于驱动所述空心轴沿其中心轴线转动，进而带动所述芯料转动；

施压部，所述施压部设置在所述移动龙门架上，用于对所述芯料第一端进行施压以保证所述芯料的第二端始终与所述待焊接件接触。

2.根据权利要求1所述的消耗型搅拌摩擦焊装置，其特征在于，还包括压平和保护机构，所述压平与保护机构包括：

第一压平杆和第二压平杆，所述第一压平杆为中空结构，所述第一压平杆的第一端通过第一法兰连接在所述移动梁上，所述第二压平杆的第一端至少部分可滑动地插置在所述第一压平杆内，所述第二压平杆的第二端靠近端部位置设置有凸缘；

所述凸缘与所述第一压平杆的第二端端面之间设置有弹簧，所述第二压平杆的第二端设置有方形框架，所述方形框架远离所述第二压平杆的一侧边可转动连接有滚轮；所述第二压平杆的第二端端部与所述凸缘之间设置有吹气孔，所述吹气孔的出口方向指向对焊好的焊缝，以通过保护气对焊好的焊缝进行保护。

3.根据权利要求1所述的消耗型搅拌摩擦焊装置，其特征在于，还包括预加热机构，所述预加热机构包括缠绕在所述套筒内壁的电热丝，所述电热丝用于通电后对所述芯料提前预热。

4.根据权利要求1所述的消耗型搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述工作台的两侧均设置有导轨，所述立梁的下端设置有滑块，所述导轨和所述滑块滑动配合。

5.根据权利要求4所述的消耗型搅拌摩擦焊装置，其特征在于，还包括滚珠丝杆传动机构，所述滚珠丝杆传动机构包括与所述工作台可转动连接的滚珠丝杆以及设置在所述立梁的丝杆螺母。

6.根据权利要求1所述的消耗型搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述第一驱动部为液压伸缩杆，所述液压伸缩杆的固定端与所述横梁固定连接，所述液压伸缩杆的驱动端通过第二法兰与所述移动梁固定连接。

7.根据权利要求1所述的消耗型搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述第二驱动部包括设置在所述移动梁上的电机、设置在所述电机输出端的第一齿轮，所述空心轴的第一端设置有第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合配合。

8.根据权利要求1所述的消耗型搅拌摩擦焊装置，其特征在于，还包括压紧块、相对设置在所述工作台上的限位块和阻挡块，所述限位块和阻挡块用于所述待焊接件的定位；所述压紧块通过螺栓可调高度地设置在所述工作台上，用于压紧所述待焊接件。

9.根据权利要求1所述的消耗型搅拌摩擦焊装置，其特征在于，还包括卸料机构，所述卸料机构位于所述工作台的一侧，用于放置焊接完成的焊接件进行冷却。

10.一种采用权利要求1至9任一项所述的消耗型搅拌摩擦焊装置的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、将待焊接件放置于工作台上，用限位块、压紧块和阻挡块固定住待焊接；

S20、启动液压伸缩杆推动移动梁向下运动，使套筒和芯料的第二端伸进焊缝的坡口处；

S30、将位于压平与保护机构顶端的滚轮在弹簧作用下压紧待焊接件表面；

S40、给套筒内的电热丝通电，开始对芯料和焊缝进行预热；

S50、预热完毕后开启吹气孔，并开启电机开始让芯料转动；

S60、施压部对芯料的第一端施加压力，芯料的第二端与待焊接件的表面接触后，相互摩擦会产生热量；

S70、当芯料的第二端高出套筒的部分因摩擦而逐渐损耗，套筒的第二端与焊接件的表面抵接时，以预设进给速度移动移动龙门架；

S80、吹气孔吹出保护气对焊好的焊缝进行保护，滚轮对焊好的焊缝进行压平，以保证焊缝质量；

S90、打开压紧块，将焊接件放置在卸料机构上进行冷却；

S100、将移动龙门架回到初始位置并重新上料，开始下一轮的焊接任务。

Images