CN117754110A - 一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法，包括对机箱结构连接位置划分、机箱内腔预加工、机箱固定于工作台、搅拌摩擦焊过程、焊后处理、精处理的步骤。本发明应用于机箱焊接具有焊接效率高、低能耗、量产成本低、稳定性好的优点，是一种高效焊接技术，焊前不需要开坡口，可以节省焊前准备工作。
Description
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊技术领域，更具体涉及一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法。
背景技术
由于传统焊接方法及焊接工艺的限制，大型机箱、壳体、箱体采用整块铝挖或者用传统焊接制作。整块铝挖成本高且某些工艺不能实现，传统焊接均存在焊缝质量不高、焊接深度不够、强度不高、气密不好、可靠性不足等严重的焊接质量缺陷。
搅拌摩擦焊是一种在机械力和摩擦热作用下的固相连接方法。在搅拌摩擦焊接过程中，由一个柱形带特殊轴肩和针凸的搅拌头旋转着缓慢插入被焊接工件，由于搅拌头和被焊接材料之间的摩擦剪切阻力而产生了摩擦热，当搅拌头旋转着向前移动时，热塑化的金属材料从搅拌头的前沿向后沿转移，并且在搅拌头轴肩与工件表层摩擦产生热量和锻压共同作用下，形成致密的固相连接。
但如何将搅拌摩擦焊应用于大型机箱，目前没有较为完成的方法，因此亟需一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法，以解决背景技术中的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法，具体包括以下步骤：
S1、对机箱结构连接位置划分：根据机箱的结构将焊缝设置在易于可靠实施搅拌摩擦焊接的部位，将机箱划分为若干个拼接面并进行拼接面之间的固定；
S2、机箱内腔预加工：根据机箱结构对机箱内腔部分进行预加工，外壁部分留有所需焊接余量及加工余量；
S3、机箱固定于工作台：将机箱固定于搅拌摩擦焊设备的工作台，内腔设置支撑工装对两个相对的拼接面进行支撑，其他相对的拼接面两端采用压板夹紧或压紧的方式固定在工作台上；
S4、搅拌摩擦焊过程：采用搅拌摩擦焊将机箱各拼接面之间进行焊接，焊接起点位置设置于非焊缝位置，避免搅拌头插入过程中搭接缝隙变大，影响焊接接头质量；
S5、焊后处理：对焊接后的机箱进行时效处理，去除焊接应力，保证加工及使用过程中无变形；
S6、精处理：焊后精加工，去除焊接及加工余量。
进一步优化技术方案，所述步骤S1中，机箱拼接面包括上面板、底面板、前面板、后面板。
进一步优化技术方案，所述步骤S1中，机箱结构中各拼接面之间的连接界面采用搭接的接头形式。
进一步优化技术方案，所述步骤S1中，两端设置用于装配及定位的定位销。
进一步优化技术方案，所述步骤S3中，支撑工装包括一对上下对称设置且位于同一平面的支撑板，两支撑板相对的侧面为V型斜楔面；所述V型斜楔面的中部设置有沿长度方向的导轨槽，两导轨槽之间滑动设置有配合使用的滑块；所述滑块设置有两个，两个滑块对称设置且滑块的对称轴与支撑板的对称轴相互垂直；所述两滑块上设置有调节机构，滑块设置用于锁紧调节机构的定位机构。
进一步优化技术方案，所述调节机构包括穿过两滑块的夹紧丝杠，夹紧丝杠与滑块螺纹连接，且夹紧丝杠的两端设置有相反方向的螺纹。
进一步优化技术方案，所述夹紧丝杠上套设有用于调整两滑块高度差的调整螺母。
进一步优化技术方案，所述定位机构包括设置在滑块上的紧定螺钉，紧定螺钉与夹紧丝杠高度相同且垂直设置。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明提供的一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法，通过根据机箱结构划分为若干个拼接面，对机箱内腔进行预加工，再在内部设置支撑工装配合外部的压板对机箱的几个部分进行固定，最后进行焊接和处理；本发明代替了整块铝挖或者传统焊接的工艺，是一种固相连接技术，接头性能优异，焊接机箱的强度和密封性、外观等和整块材料挖出来的性能非常接近，强度高，能在恶劣的环境长期稳定使用。本发明应用于机箱焊接具有焊接效率高、低能耗、量产成本低、稳定性好的优点，是一种高效焊接技术；焊前不需要开坡口，可以节省焊前准备工作。另外，焊接过程中不需要保护气，也不需要填充材料，焊接过程容易实现自动化，可以实现全位置焊接；搅拌摩擦焊焊接热输入小，机箱焊接变形小、接头残余应力水平低。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明实际使用时对机箱结构连接位置划分的示例图；
图3为本发明中将示例机箱固定于工作台的结构示意图；
图4为本发明中支撑工装的结构示意图。
其中：1、上面板，2、前面板，3、后面板，4、底面板，5、定位销，6、搅拌头，8、压板，9、压紧螺母，10、螺杆，11、垫块，12、支撑工装，13、T型螺母，14、工作台，101、支撑板，102、滑块，103、调整螺母，104、夹紧丝杠，105、紧定螺钉，107、机箱，108、导轨槽。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法，结合图1至图4所示，具体包括以下步骤：
S1、对机箱结构连接位置划分：根据机箱107的结构将焊缝设置在易于可靠实施搅拌摩擦焊接的部位，将机箱107划分为若干个拼接面。一般分为上面板1、底面板4、前面板2、后面板3。将机箱107结构中各拼接面之间的连接界面采用搭接的接头形式进行拼接，在两端设置用于装配及定位的定位销5进行固定。
S2、机箱内腔预加工：根据机箱107结构对机箱107内腔部分进行预加工，外壁部分留有所需焊接余量及加工余量。
S3、机箱固定于工作台14：将机箱107固定于搅拌摩擦焊设备的工作台14，内腔设置支撑工装12对两个相对的拼接面进行支撑，其他相对的拼接面两端采用压板8夹紧或压紧的方式固定在工作台14上。
支撑工装12包括一对上下对称设置的支撑板101，且两个支撑板101位于同一平面。两支撑板101相对的侧面均为V型斜楔面，V型斜楔面的中部设置有沿长度方向的导轨槽108。两导轨槽108之间滑动设置有配合使用的滑块102，滑块102设置有两个，两个滑块102对称设置分别位于V型斜楔面的两部分上，且滑块102的对称轴与支撑板101的对称轴相互垂直。
两滑块102上设置有调节机构，调节机构包括穿过两滑块102的夹紧丝杠104，夹紧丝杠104与滑块102螺纹连接，且夹紧丝杠104的两端设置有相反方向的螺纹。转动夹紧丝杠104，左右滑块102沿相反方向运动，且通过斜楔面导轨槽108沿支撑板101斜楔面运动，从而带动支撑板101沿上下方向移动，调整支撑高度，保障工装与机箱107内腔的可靠接触。
夹紧丝杠104上套设有调整螺母103，调整螺母103用于调整左右滑块102的高度差，从而调整上下滑块102的平行度，保证对机箱107内腔支撑的平整，提高机箱的焊接质量。
滑块102设置用于锁紧调节机构的定位机构。定位机构包括设置在滑块102上的紧定螺钉105，紧定螺钉105与夹紧丝杠104高度相同且垂直设置。
其他相对的拼接面固定时，利用工作台14上设置的导槽，槽内滑动设置有T型螺母13，T型螺母13上连接有竖直设置的螺杆10，螺杆10的顶端连接有压紧螺母9，且压紧螺母9下方设置有压板8，压板8的一端压住拼接面，另一端支撑在垫块11上，实现对拼接面固定和夹紧。
S4、搅拌摩擦焊过程：采用搅拌摩擦焊将机箱各拼接面之间进行焊接，焊接起点位置设置于非焊缝位置，避免搅拌头6插入过程中搭接缝隙变大，影响焊接接头质量。
S5、焊后处理：对焊接后的机箱107进行时效处理，去除焊接应力，保证加工及使用过程中无变形。
S6、精处理：焊后精加工，去除焊接及加工余量。
本发明的应用：以将搅拌摩擦焊应用于一种铝合金机箱107焊接的应用实例，该机箱107结构包括上面板1、底面板4、前面板2、后面板3，连接位置采用搭接结构；具体包含以下步骤：
S1、对机箱107结构连接位置划分：将机箱107划分为上面板1、底面板4、前面板2、后面板3，将焊缝设置在易于可靠实施搅拌摩擦焊接的部位，机箱107结构中各部分之间的连接界面采用搭接的接头形式，两端设置定位销5用于装配及定位。
S2、机箱107内腔预加工：根据机箱107结构对机箱107内腔部分进行预加工，外壁部分留有所需焊接余量及加工余量。
S3、机箱107固定于工作台14：将机箱固定于搅拌摩擦焊设备工作台14，内腔设置支撑工装12对上面板1及底面板4进行支撑，前面板2、后面板3两端采用压板8夹紧，上面板1及底面板4中部使用压板8压紧。
支撑工装12进行支撑时，转动夹紧丝杠104使支撑板101上下支撑面高度小于机箱107内腔尺寸，将支撑工装12放入机箱107内腔焊接支撑对应位置。转动夹紧丝杠104调整支撑板101高度，使支撑板101与机箱107内腔接触，使用塞尺测量支撑板101与机箱107内腔的间隙。
转动调整螺母103调整支撑板101上下端面平行，确保机箱内腔支撑位置均与支撑板101可靠接触，再拧紧紧定螺钉105，锁紧调整螺母103防止转动，防止滑块102左右运动过程中调整螺母103转动导致支撑板101上下端面与机箱107内腔贴合不均匀。
转动夹紧丝杠104调整支撑板101高度，使支撑板101与机箱107内腔紧密接触，确保达到可靠支撑。
S4、搅拌摩擦焊过程：采用搅拌摩擦焊将机箱107各部分进行焊接，焊接起点位置设置于上面板1和底面板4非焊缝位置，避免搅拌头6插入过程中搭接缝隙变大，影响焊接接头质量。
S5、焊后处理：对焊接后的机箱107进行时效处理，去除焊接应力，保证加工及使用过程中无变形。
S6、精处理：焊后精加工，去除焊接及加工余量。
由于搅拌摩擦焊始终处于材料融化点以下(约为材料熔点的0.8)，不会出现材料熔化，从而避免了常规熔焊工艺中熔化-凝固现象的存在所造成的各种焊接缺陷。
依托于摩擦焊FSW的固相连接方法，接头无裂纹、夹渣、气孔等缺陷，焊接变形小、焊接强度高、焊缝密封性好等特点，应用于各种壳体机箱107水冷板等大型结构件的焊接中，很好地解决传统焊接的各种缺陷。比如大型机箱107的焊接，无论是焊接体的强度和密封性外观等和整块材料挖出来的性能非常接近，优于传统焊接机箱，非常符合机箱壳体焊接及高密封性的工艺要求。
Claims (8)
1.一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、对机箱结构连接位置划分：根据机箱(107)的结构将焊缝设置在易于可靠实施搅拌摩擦焊接的部位，将机箱(107)划分为若干个拼接面并进行拼接面之间的固定；
S2、机箱内腔预加工：根据机箱(107)结构对机箱(107)内腔部分进行预加工，外壁部分留有所需焊接余量及加工余量；
S3、机箱固定于工作台：将机箱固定于搅拌摩擦焊设备的工作台(14)，内腔设置支撑工装(12)对两个相对的拼接面进行支撑，其他相对的拼接面两端采用压板(8)夹紧或压紧的方式固定在工作台(14)上；
S4、搅拌摩擦焊过程：采用搅拌摩擦焊将机箱各拼接面之间进行焊接，焊接起点位置设置于非焊缝位置，避免搅拌头(6)插入过程中搭接缝隙变大，影响焊接接头质量；
S5、焊后处理：对焊接后的机箱进行时效处理，去除焊接应力，保证加工及使用过程中无变形；
S6、精处理：焊后精加工，去除焊接及加工余量。
2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法，其特征在于：所述步骤S1中，机箱拼接面包括上面板(1)、底面板(4)、前面板(2)、后面板(3)。
3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法，其特征在于：所述步骤S1中，机箱结构中各拼接面之间的连接界面采用搭接的接头形式。
4.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法，其特征在于：所述步骤S1中，两端设置用于装配及定位的定位销(5)。
5.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法，其特征在于：所述步骤S3中，支撑工装(12)包括一对上下对称设置且位于同一平面的支撑板(101)，两支撑板(101)相对的侧面为V型斜楔面；所述V型斜楔面的中部设置有沿长度方向的导轨槽(108)，两导轨槽(108)之间滑动设置有配合使用的滑块(102)；所述滑块(102)设置有两个，两个滑块(102)对称设置且滑块(102)的对称轴与支撑板(101)的对称轴相互垂直；所述两滑块(102)上设置有调节机构，滑块(102)设置用于锁紧调节机构的定位机构。
6.根据权利要求5所述的一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法，其特征在于：所述调节机构包括穿过两滑块(102)的夹紧丝杠(104)，夹紧丝杠(104)与滑块(102)螺纹连接，且夹紧丝杠(104)的两端设置有相反方向的螺纹。
7.根据权利要求6所述的一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法，其特征在于：所述夹紧丝杠(104)上套设有用于调整两滑块(102)高度差的调整螺母(103)。
8.根据权利要求6所述的一种搅拌摩擦焊机箱焊接方法，其特征在于：所述定位机构包括设置在滑块(102)上的紧定螺钉(105)，紧定螺钉(105)与夹紧丝杠(104)高度相同且垂直设置。
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