CN116900466A - 一种双头搅拌摩擦焊设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双头搅拌摩擦焊设备，包括上料机构、加工结构、翻转设备、层压机构以及双头焊接平台，所述上料机构向双头搅拌摩擦焊设备运送原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2；使用翻转设备将原始焊接材料板A1翻转后进行对接焊接，将需要对接焊接的两块原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2之间的凹槽对应拼接并在交叠处加入固相摩擦挤压增材压实后形成一整块拼接焊接材料板B，在叠加拼接的对接拼接的焊接材料板之间设置固相摩擦挤压增材，可以提高焊接质量，避免被焊接材料的中心处出现隧道类型的孔洞缺陷，提升焊接质量降低不良产品率。
Description
技术领域
本申请涉及搅拌摩擦焊设备领域，具体涉及一种双头搅拌摩擦焊设备。
背景技术
搅拌摩擦焊本身是利用摩擦热与塑性变形热产生的热量作为焊接热源，搅拌摩擦焊焊接过程中工件要完全刚性固定在背垫上，此时焊头边高速旋转，同时焊头边沿工件的接缝与工件进行相对移动。焊头的突出段伸即搅拌针需要进材料内部对其进行摩擦和搅拌，此时焊头的肩部与被焊接的工件表面摩擦生热，将材料固相焊接在一起。搅拌摩擦焊的焊接质量高，不仅不易产生缺陷，而且容易实现机械化、自动化、同时质量稳定、成本低效率高。从焊接结构角度讲,一般认为搅拌摩擦焊是长、直焊缝（平板对接和搭接)的理想焊接方法,但是,实际上由于搅拌摩擦焊过程不存在被焊接材料的熔化,焊缝成形和质量不会受到焊缝或工件位置的影响,主要依靠设备来保证,搅拌摩擦焊可以实现全位置结构的焊接,如水平焊、垂直焊、仰焊以及任意位置和角度的轨道焊接。典型的搅拌摩擦焊接头形式包括板板对接、多层对接、多层搭接、T形接头、角接等。但搅拌摩擦焊过程中焊接结束时搅拌探头需要提出工件，此时在焊缝端头形成一个键孔，固体材料之间进行了相变融合，此时若在材料中心处存在焊接缺陷，搅拌针探头难以再次进入并对焊缝进行修补，此时需要切割后重新进行焊接，不仅浪费材料而且生产效率低下。
因此，急需研究一种能够解决上述问题，避免被焊接材料的中心处出现隧道类型的孔洞缺陷，提升焊接质量的双头搅拌摩擦焊设备。
发明内容
为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：
一种双头搅拌摩擦焊设备，包括上料机构、加工结构、翻转设备、层压机构以及双头焊接平台，所述上料机构向双头搅拌摩擦焊设备运送原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2，所述加工结构包括槽刀，所述槽刀可以对所述原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2进行开槽加工，所述槽刀沿着与焊缝平行的方向在所述原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2上分别加工凹槽，所述凹槽的三个端面边缘均与所述原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2的端面边缘重合；所述层压机构将固相摩擦挤压增材压实在两块正反拼接的所述原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2的凹槽处形成一整块拼接焊接材料板B，所述固相摩擦挤压增材为镁铝合金；所述翻转设备由链传动机构以及设置在所述链传动机构上的翻转台组成，将需要翻转的原始焊接材料板A1由所述翻转台上的吸附结构吸附在所述翻转台的置物面上，所述翻转台的置物面随着链传动机构的传动完成所述原始焊接材料板A1的翻转，并将翻转后的所述原始焊接材料板A1上料至所述层压机构的层压平台；所述原始焊接材料板A2由所述上料机构直接运送至所述层压机构的层压平台，将所述固相摩擦挤压增材放置在所述原始焊接材料板A2的凹槽上，并与翻转后的所述原始焊接材料板A1的凹槽拼接。
进一步的，所述双头焊接平台包括上焊接机头以及下焊接机头，所述下焊接机头配有高清晰度的摄像头，所述摄像头的数据可以上传至显示屏。
进一步的，所述上焊接机头可以实现5轴4联动功能，以实现单面工作台的平面曲线焊接。
进一步的，所述原始焊接材料板A1的所述凹槽以及原始焊接材料板A2的所述凹槽的宽度均相等且小于等于10mm。
进一步的，所述固相摩擦挤压增材的宽度分别与所述原始焊接材料板A1的所述凹槽以及原始焊接材料板A2的所述凹槽相等。
进一步的，所述原始焊接材料板A1的所述凹槽以及原始焊接材料板A2的所述凹槽的相对接触面均设置有波浪纹，所述固相摩擦挤压增材的正反接触面均设置有波浪纹。
进一步的，所述加工结构还包括龙门架以及设置在所述龙门架上的两个滑座，所述滑座可以相对于所述龙门架滑动，两个所述槽刀分别固定设置在两个所述滑座上。
进一步的，所述上料机构包括第一传动带以及第二传动带，所述原始焊接材料板A1由所述第二传动带带动并经过所述加工结构后进入所述翻转设备，所述原始焊接材料板A2由所述第一传动带传动并直接上料至所述层压机构的层压平台。
进一步的，所述焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2的传送方向均与其焊缝方向垂直。
进一步的，所述上料机构的所述第一传动带以及第二传动带的远离所述双头焊接平台的一端分别设置有上料辅助结构以及辅助推料器。
有益效果
（1）本发明的双头搅拌摩擦焊设备，通过将需要对接焊接的两块原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2之间的凹槽对应拼接并在交叠处加入固相摩擦挤压增材压实后形成一整块拼接焊接材料板B，在叠加拼接的对接拼接的焊接材料板之间设置固相摩擦挤压增材，可以提高焊接质量，避免被焊接材料的中心处出现隧道类型的孔洞缺陷，提升焊接质量降低不良产品率；
（2）本发明的双头搅拌摩擦焊设备，针对上述拼接焊接材料板B的工艺设置了双头搅拌摩擦焊设备，上下双机头设计，实现型材上下同步焊接，效率高，变形小；
（3）同时本发明中还在原始焊接材料板A1的凹槽以及原始焊接材料板A2的凹槽的相对接触面均设置波浪纹，并在对应位置处的固相摩擦挤压增材的正反接触面均设置波浪纹，波浪纹的设置不仅可以由于其互相嵌和的波峰波谷增强原始焊接材料板A1的凹槽以及原始焊接材料板A2与固相摩擦挤压增材在层压后的压紧结合定位能力，同时还可以增强焊接后结合层的强度，进一步增强焊接后的固相溶和能力。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明双头搅拌摩擦焊设备整体结构示意图；
图2为本发明上料机构局部放大图；
图3为本发明加工结构局部放大图；
图4为本发明层压机构局部放大图；
图5为本发明层双头焊接平台局部放大图；
图6为本发明原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2结构示意图；
图7为本发明原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2加工凹槽的结构示意图；
图8为本发明一整块拼接焊接材料板B的结构示意图；
图9为本发明原始焊接材料板A1与固相摩擦挤压增材结合的结构示意图；
图10为本发明原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2上波浪结构的示意图；
图11 为本发明固相摩擦挤压增材上设置波浪结构的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1-11，本实施方式提供了一种双头搅拌摩擦焊设备，包括上料机构1、加工结构2、翻转设备3、层压机构4以及双头焊接平台5，所述上料机构1向双头搅拌摩擦焊设备运送原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2(所述原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2此处定义为为现有技术中普通的板板对接搅拌摩擦焊形式中的两个对接板)，所述加工结构2包括槽刀201，所述槽刀201可以对所述原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2进行开槽加工，所述槽刀201沿着与焊缝平行的方向在所述原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2上分别加工凹槽601，所述凹槽601的三个端面边缘均与所述原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2的端面边缘重合；所述层压机构4将所述固相摩擦挤压增材401压实在两块正反拼接的所述原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2的凹槽601处形成一整块拼接焊接材料板B，即使用翻转设备3将原始焊接材料板A1翻转后进行对接焊接，将需要对接焊接的两块原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2之间的凹槽601对应拼接并在交叠处加入固相摩擦挤压增材401压实后形成一整块拼接焊接材料板B。优选的，所述固相摩擦挤压增材401优选为镁铝合金。
其中，所述翻转设备3由链传动机构301以及设置在所述链传动机构301上的翻转台302组成，将需要翻转的原始焊接材料板A1由所述翻转台302上的吸附结构303吸附在所述翻转台302的置物面304上，所述翻转台302的置物面304随着链传动机构301的传动由平面面向地面逐步转动至平面面向上方，由此完成了所述原始焊接材料板A1的翻转，并将翻转后的所述原始焊接材料板A1上料至所述层压机构4的层压平台402；进一步的，所述原始焊接材料板A2由所述上料机构1直接运送至所述层压机构4的层压平台402，将所述固相摩擦挤压增材401放置在所述原始焊接材料板A2的凹槽601上，并与翻转后的所述原始焊接材料板A1的凹槽601拼接。
由于现有技术中的对接拼接的焊接材料板之间在摩擦头的加热下受热不均难以均匀的固相结合在一起，经常会在焊接材料的中心处出现隧道类型的孔洞缺陷，因此在焊接材料板的中心设置性能优异的固相摩擦挤压增材401从而在产生强烈摩擦热和剪切塑性变形时固相摩擦挤压增材的材料软化产生塑性流动，可以填充焊接材料的中心处出现隧道类型的孔洞缺陷，同时此处虽然远离摩擦挤压面温度过低，但镁铝合金组成的固相摩擦挤压增材401凭借其优异的结合能力并不会导致焊接材料板之间在摩擦头的加热下受热不均难以均匀的固相结合，本发明在叠加拼接的对接拼接的焊接材料板之间设置固相摩擦挤压增材，可以提高焊接质量，降低不良产品率。
进一步的，所述双头焊接平台5包括上焊接机头501以及下焊接机头502，所述上焊接机头501以及下焊接机头502均具有X运动轴，机头工作台沿底座进行的前后移动；B1,2轴——机头绕Y轴转动，X轴方向焊接倾角的实现；
其中，Y1运动轴——上焊接机头501沿横梁进行的左右移动；
Y2运动轴——下焊接机头502沿横梁进行的左右移动；
Z1运动轴——上焊接机头501上下移动，搅拌头插入和推出；
Z2运动轴——下焊接机头502上下移动，搅拌头插入和推出；
C1轴——上焊接机头501主轴绕Z轴转动，实现平面二维曲线焊接。
C2轴——下焊接机头502主轴绕Z轴转动，实现平面二维曲线焊接。
进一步的，所述下焊接机头502配有高清晰度的摄像头503，所述摄像头503的数据可以上传至显示屏504，方便对下焊缝进行视频观察。设备具有集成轻触式一键对刀功能，确保焊接压入量，方便焊接程序的设定；设备具有Z轴焊接顶锻力异常报警功能。本申请中上下双机头设计，实现型材上下同步焊接，效率高，变形小。
进一步的，双头搅拌摩擦焊设备配有上下2个焊接机头，上焊接机头501以及下焊接机头502，单机头可以实现1~6mm厚度合金材料焊接，双面可实现1~12mm合金焊接；上焊接机头501可以实现5轴4联动功能，以实现单面工作台的平面曲线焊接。
进一步的，所述原始焊接材料板A1的所述凹槽601以及原始焊接材料板A2的所述凹槽601的宽度均相等且小于等于10mm。
进一步的，所述固相摩擦挤压增材401的宽度分别与所述原始焊接材料板A1的所述凹槽601以及原始焊接材料板A2的所述凹槽601相等。
本实施方式中，所述原始焊接材料板A1的所述凹槽601以及原始焊接材料板A2的所述凹槽601的相对接触面均设置有波浪纹603，所述固相摩擦挤压增材401的正反接触面均设置有波浪纹603，所述波浪纹603的设置可以增强所述凹槽601与所述固相摩擦挤压增材401在层压后的结合强度，进一步增强焊接后的固相溶和能力。
进一步的，所述加工结构2还包括龙门架202以及设置在所述龙门架202上的两个滑座203，所述滑座203可以相对于所述龙门架202滑动，两个所述槽刀201分别固定设置在两个所述滑座203上，所述槽刀201在所述滑座203的带动下对两块原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2卡槽。
进一步的，所述上料机构1包括第一传动带101以及第二传动带102，所述原始焊接材料板A1由所述第二传动带102带动并经过所述加工结构2后进入所述翻转设备3，所述原始焊接材料板A2由所述第一传动带101传动并直接上料至所述层压机构4的层压平台402，所述焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2的传送方向均与其焊缝方向垂直。
具体的，所述上料机构1的所述第一传动带101以及第二传动带102的远离所述双头焊接平台5的一端分别设置有上料辅助结构103以及辅助推料器104。
进一步的，所述层压机构4还包括加压结构403，所述加压结构403设置在升降支架404上并可以沿着所述升降支架404升降，将所述拼接焊接材料板B压紧在所述层压机构4的层压平台402上。
本发明的双头搅拌摩擦焊设备，通过在焊接材料板的中心设置性能优异的固相摩擦挤压增材可以填充焊接材料的中心处出现隧道类型的孔洞缺陷，解决现有技术中的对接拼接的焊接材料板之间在摩擦头的加热下受热不均难以均匀的固相结合在一起，经常会在焊接材料的中心处出现隧道类型的孔洞缺陷，可以提高焊接质量，避免被焊接材料的中心处出现隧道类型的孔洞缺陷，提升焊接质量降低不良产品率；本发明的双头搅拌摩擦焊设备，针对拼接焊接材料板B的工艺设置了双头搅拌摩擦焊设备，上下双机头设计，实现型材上下同步焊接，效率高，变形小；同时本发明中波浪纹的设置不仅可以增强在层压后的压紧结合定位能力，同时还可以增强焊接后结合层的强度，进一步增强焊接后的固相溶和能力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种双头搅拌摩擦焊设备，包括上料机构、加工结构、翻转设备、层压机构以及双头焊接平台，其特征在于：所述上料机构向双头搅拌摩擦焊设备运送原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2，所述加工结构包括槽刀，所述槽刀可以对所述原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2进行开槽加工，所述槽刀沿着与焊缝平行的方向在所述原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2上分别加工凹槽，所述凹槽的三个端面边缘均与所述原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2的端面边缘重合；所述层压机构将固相摩擦挤压增材压实在两块正反拼接的所述原始焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2的凹槽处形成一整块拼接焊接材料板B，所述固相摩擦挤压增材为镁铝合金；所述翻转设备由链传动机构以及设置在所述链传动机构上的翻转台组成，将需要翻转的原始焊接材料板A1由所述翻转台上的吸附结构吸附在所述翻转台的置物面上，所述翻转台的置物面随着链传动机构的传动完成所述原始焊接材料板A1的翻转，并将翻转后的所述原始焊接材料板A1上料至所述层压机构的层压平台；所述原始焊接材料板A2由所述上料机构直接运送至所述层压机构的层压平台，将所述固相摩擦挤压增材放置在所述原始焊接材料板A2的凹槽上，并与翻转后的所述原始焊接材料板A1的凹槽拼接。
2.根据权利要求1所述的双头搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述双头焊接平台包括上焊接机头以及下焊接机头，所述下焊接机头配有高清晰度的摄像头，所述摄像头的数据可以上传至显示屏。
3.根据权利要求2所述的双头搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述上焊接机头可以实现5轴4联动功能，以实现单面工作台的平面曲线焊接。
4.根据权利要求1所述的双头搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述原始焊接材料板A1的所述凹槽以及原始焊接材料板A2的所述凹槽的宽度均相等且小于等于10mm。
5.根据权利要求1所述的双头搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述固相摩擦挤压增材的宽度分别与所述原始焊接材料板A1的所述凹槽以及原始焊接材料板A2的所述凹槽相等。
6.根据权利要求4或5所述的双头搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述原始焊接材料板A1的所述凹槽以及原始焊接材料板A2的所述凹槽的相对接触面均设置有波浪纹，所述固相摩擦挤压增材的正反接触面均设置有波浪纹。
7.根据权利要求1所述的双头搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述加工结构还包括龙门架以及设置在所述龙门架上的两个滑座，所述滑座可以相对于所述龙门架滑动，两个所述槽刀分别固定设置在两个所述滑座上。
8.根据权利要求1所述的双头搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述上料机构包括第一传动带以及第二传动带，所述原始焊接材料板A1由所述第二传动带带动并经过所述加工结构后进入所述翻转设备，所述原始焊接材料板A2由所述第一传动带传动并直接上料至所述层压机构的层压平台。
9.根据权利要求8所述的双头搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述焊接材料板A1以及原始焊接材料板A2的传送方向均与其焊缝方向垂直。
10.根据权利要求8所述的双头搅拌摩擦焊设备，其特征在于：所述上料机构的所述第一传动带以及第二传动带的远离所述双头焊接平台的一端分别设置有上料辅助结构以及辅助推料器。
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2023
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