CN203330636U - 一种自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，用于两个圆筒形待焊工件的环缝焊接，自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具包括：底板、转台、外支撑件、内支撑件和尾顶件，底板呈平板状，转台能沿其轴向转动的设置在底板的一侧，尾顶件能沿转台轴向移动的设置在底板另一侧，外支撑件和所述内支撑件分别顶抵于安装于所述转台与尾顶件之间的两个圆筒形待焊工件的焊接区域的外侧和内侧。本实用新型能够避免在搅拌摩擦焊接过程发生塌陷、侧分、整体变形等现象，适用于多种大厚度筒体类对接、对搭接结构的摩擦焊接，且省时省力，操作简便。

Description

一种自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具

技术领域

本实用新型涉及一种焊接设备工装夹具，特别涉及一种用于圆柱形零件的环形焊缝搅拌摩擦焊工装夹具。

背景技术

目前，搅拌摩擦焊(FSW)技术、设备及相应衍生产品已经涉及航空、航天、船舶、轨道交通、武器装备、电力电子等多个行业成百上千种产品。搅拌摩擦焊技术是由一个搅拌头(welding pin)伸入零件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与被焊接零件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。在焊接过程中，搅拌头在旋转的同时伸入零件的接缝中，旋转的搅拌头与零件之间的摩擦热，使焊头前面的材料发生强烈塑性变形，然后随着搅拌头的移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后，从而形成搅拌摩擦焊焊缝。

对于大厚度且直径较大圆柱形零件结构，零件的焊缝为环缝，在搅拌摩擦焊接的过程中，搅拌头的轴线与焊接点的切线方向必须有一个2.5°的夹角，才能保证焊缝的质量，焊接工艺难度较高。因此，目前一般采取让零件旋转以代替搅拌头的移动的方式来完成焊接。焊接时，旋转的搅拌头扎入零件焊缝后，此时零件旋转，这样，在沿着焊缝的方向搅拌头相对于零件有一个相对运动，零件转动一圈之后，即可完成搅拌摩擦焊的焊接。在上述焊接过程中，搅拌头的顶锻力比较大(例如：35mm厚铝合金的搅拌摩擦焊焊接所需顶段力为60KN，前进抗力为20KN)，这就需要对零件进行有效的支撑，以防止筒体在焊接过程中发生塌陷、变形的情况；同时，由于在焊接过程中，两个被焊接的零件在焊缝位置会产生使这两个零件分开的侧分力，因此需要对两个零件施加侧向的力使其保持贴合。综上所述，在利用搅拌摩擦焊技术进行焊接加零件时，对于搅拌摩擦焊的工装夹具，需要考虑三个要素：1、焊接区域背面需要可靠的刚性支撑；2、零件上表面靠紧焊接区域需要有效的压紧；3、焊接区域两侧需要实施有效的侧紧。而现有的工装夹具不能完全满足上述要求，容易在搅拌摩擦焊接过程发生塌陷、侧分、整体变形等现象，影响了产品质量。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够避免在搅拌摩擦焊接过程发生塌陷、侧分、整体变形等现象，适用于多种大厚度筒体类对接、对搭接结构的摩擦焊接工装，且省时省力，操作简便的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具。

为达到上述目的，本实用新型提出一种自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，用于两个圆筒形待焊工件的环缝焊接，所述自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具包括：底板、转台、外支撑件、内支撑件和尾顶件，所述底板呈平板状，所述转台能沿其轴向转动的设置在所述底板的一侧，所述尾顶件能沿所述转台轴向移动的设置在所述底板另一侧，所述外支撑件和所述内支撑件分别顶抵于安装于所述转台与所述尾顶件之间的所述两个圆筒形待焊工件的焊接区域的外侧和内侧。

如上所述的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，其中，所述转台，包括立设于所述底板上的转台支架，安装在所述转台支架一侧的用于卡紧所述圆筒形待焊工件的卡盘组件，以及驱动所述待焊工件沿轴向转动的转动组件；所述外支撑件，沿所述圆筒形待焊工件轴向滑动的设置在所述底板上，所述外支撑件包括底座，在所述底座内设有正反扣螺纹丝杠，所述正反扣螺纹丝杠的轴线垂直于所述待焊工件的轴线，在所述正反扣螺纹丝杠的两端分别配合安装有辊子组件，两所述辊子组件在所述正反扣螺纹丝杠驱动下沿所述正反扣螺纹丝杠的轴向相向或相背移动；所述内支撑件，包括具有断口的环形弹性支撑筒，在所述弹性支撑筒内设有顶推组件，所述顶推组件具有能伸缩的顶推杆，所述顶推杆的伸缩端朝向所述弹性支撑筒的断口，所述顶推杆的伸缩端能顶塞进所述断口并沿径向撑开所述弹性支撑筒；所述尾顶件，包括与所述底板滑动配合的尾顶座，在所述尾顶座上立设有尾顶柱，在所述尾顶柱朝向所述圆筒形待焊工件的一侧设有法兰盘。

如上所述的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，其中，所述转动组件包括依次连接电机、减速器和齿轮组，所述齿轮组与所述卡盘组件相连接，且所述齿轮组驱动所述卡盘组件绕其中心轴旋转。

如上所述的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，其中，所述辊子组件包括辊子座和辊子，所述辊子枢接于所述辊子座上，所述辊子座的底部与所述正反扣螺纹丝杠螺纹连接。

如上所述的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，其中，在所述外支撑件的底座下部设有滑槽，在所述底板上沿所述圆筒形待焊工件的轴向设有导轨，所述滑槽与所述导轨滑动配合。

如上所述的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，其中，所述顶推组件包括丝杠支架和螺杆，所述螺杆螺接且贯穿于所述丝杠支架的上表面，所述螺杆伸出所述丝杠支架的一端设有楔形块，所述楔形块呈由下至上的渐缩状，在所述弹性支撑筒的内壁上，且邻近所述断口的两侧分别设有导向块，两所述导向块的相对面与所述楔形块的外表面相配合。

如上所述的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，其中，在所述尾顶座下部设有导槽，在所述底板上沿所述圆筒形待焊工件的轴向设有滑轨，所述导槽与所述滑轨滑动配合。

如上所述的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，其中，所述正反扣螺纹丝杠为正反扣梯形螺纹丝杠。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点和优点：

1、本实用新型的外支撑件和尾顶件可以在底板上前后滑动，以适应不同的零件长度和不同的焊缝位置。内支撑件撑紧圆柱形零件内部，防焊缝内陷，其次起到焊接垫板的作用。

2、本实用新型在焊接的位置下方利用外支撑件对待焊工件进行辅助支撑，防止在待焊工件受压的过程中，产生较大的变形。并且外支撑辊子架上的辊子可以随着待焊工件的转动而转动，避免划伤待焊工件。

3、本实用新型的尾顶件让两个对接的筒形待焊工件在环形焊缝处紧密地贴在一起，防止两个焊接零件分开，保证焊接能够顺利进行，保证焊接的质量。

4、本实用新型具有省时省力，操作简便的优点。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1为本实用新型自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具的整体结构示意图；

图2为本实用新型焊接零件时的立体结构示意图；

图3为本实用新型的转台结构示意图；

图4为本实用新型的内支撑件的结构示意图；

图5为本实用新型的外支撑件的结构示意图；

图6为本实用新型的尾顶件的结构示意图；

图7为本实用新型的底座的结构装置示意图；

图8为本实用新型焊接零件时的横向剖面结构示意图。

附图标记说明：

100、200-圆筒形待焊工件；

1-底板；11-导轨；12-滑轨；13-T型槽；

2-转台；21-转台支架；22-卡盘组件；23-转动组件；231-伺服电机；232-减速器；233-齿轮组；

3-外支撑件；31-底座；311-滑槽；32-正反扣螺纹丝杠；33-辊子组件；331-辊子座；332-辊子；34-摇臂；

4-内支撑件；41-弹性支撑筒；42-顶推组件；421-丝杠支架；422-螺杆；423-楔形块；43-断口；44-导向块；

5-尾顶件；51-尾顶座；511-导槽；52-尾顶柱；53-法兰盘；54-T型螺母。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。

请参考图1至图8，分别为本实用新型自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具的整体结构示意图；本实用新型焊接零件时的立体结构示意图；本实用新型的转台结构示意图；本实用新型的内支撑件的结构示意图；本实用新型的外支撑件的结构示意图；本实用新型的尾顶件的结构示意图；本实用新型的底座的结构装置示意图；本实用新型焊接零件时的横向剖面结构示意图。

如图1、图2所示，本实用新型提出的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，用于两个圆筒形待焊工件100、200的环缝焊接，该自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具包括：底板1、转台2、外支撑件3、内支撑件4和尾顶件5。如图1所示，底板1呈平板状，转台2能沿其轴向转动的设置在底板1的一侧，尾顶件5能沿转台2轴向移动的设置在底板1另一侧，以便于两个圆筒形待焊工件100、200夹紧于转台2与尾顶件5之间，使得圆筒形待焊工件100、200焊接区域获得有效的压紧，保证在焊接过程中，两个待焊工件100、200从焊缝位置分开。外支撑件3和内支撑件4分别顶抵于圆筒形待焊工件100、200焊接区域的外侧和内部，用于从外部和内部支撑圆筒形待焊工件100、200，内支撑件4使得圆筒形待焊工件100、200得到可靠的刚性支撑，内支撑件4与待焊工件100、200形成一个刚性整体，在焊接过程中，内支撑件4给零件焊缝背部提供刚性支撑，焊缝和整体零件不会因焊接力而发生形变。而外支撑件3对圆筒形待焊工件100、200的焊接区域实施有效的侧紧，防止在待焊工件受压的过程中，产生较大的变形。其中：

如图3所示，本实用新型的转台2包括转台支架21、卡盘组件22和转动组件23，转台支架21立设于底板1上，卡盘组件22安装在转台支架21朝向圆筒形待焊工件100的一侧，卡盘组件22用于卡紧靠近转台支架21的圆筒形待焊工件100，卡盘组件22的具体结构为已有技术，在此不再详细描述。转动组件23用于驱动待焊工件100沿轴向转动，在本实施例中，转动组件23包括依次连接伺服电机231、减速器232和齿轮组233，伺服电机231经减速器232后，输出轴连接齿轮组233的中心，带动齿轮组233转动，而齿轮组233与卡盘组件22相连接，使得齿轮组233驱动卡盘组件22绕其中心轴旋转，从而使得待焊工件100与卡盘组件22同步且同轴转动。

如图4所示，内支撑件4置于所述圆筒形待焊工件100、200内，并位于两个圆筒形待焊工件100、200相结合的环缝处。

内支撑件4包括具有断口43的环形弹性支撑筒41，在弹性支撑筒41内设有顶推组件42，顶推组件42具有能伸缩的顶推杆，顶推杆的伸缩端朝向弹性支撑筒的断口43，顶推杆的伸缩端能顶塞进断口43并沿径向撑开弹性支撑筒41，使得弹性支撑筒41的外壁紧贴圆筒形待焊工件100、200的内壁，实现对圆筒形待焊工件100、200的可靠刚性支撑。在本实施例中，顶推组件42包括丝杠支架421和螺杆422，螺杆422螺接且贯穿于丝杠支架421的上表面，螺杆422伸出丝杠支架421的一端设有楔形块423，楔形块423呈由下至上的渐缩状，在弹性支撑筒41的内壁上，且邻近断口43的两侧分别设有导向块44，两导向块44的相对面与楔形块423的外表面相配合，从而导引楔形块423插入断口43。本实用新型的内支撑件4的外径可随圆筒形待焊工件100、200的内径调整；当非工作状态时，螺杆422拧到丝杠支架421的最下端，让楔形块423与导向块44分离，此时弹性支撑筒41会自动回缩，外圆直径尺寸会减小，内支撑件4便可以装进到待焊工件100、200之中，然后将螺杆422拧紧，楔形块423伸入断口43撑开弹性支撑筒41，使得弹性支撑筒41的外壁紧贴圆筒形待焊工件100、200的内壁，将两圆筒形待焊工件100、200结合成一个整体。

如图5所示，外支撑件3沿圆筒形待焊工件100、200轴向滑动的设置在底板1上，使得外支撑件3能够移动至两圆筒形待焊工件100、200环缝处。外支撑件3包括底座31，在底座31内设有正反扣螺纹丝杠32，正反扣螺纹丝杠32的轴线垂直于待焊工件100、200的轴线，也就是说，正反扣螺纹丝杠32沿待焊工件100、200径向设置，在正反扣螺纹丝杠32的两端分别配合安装有辊子组件33，两辊子组件33在正反扣螺纹丝杠32驱动下沿正反扣螺纹丝杠32的轴向相向或相背移动。在本实施例中，辊子组件33包括辊子座331和辊子332，辊子332枢接于辊子座331上，使得辊子332在辊子座331上枢转，辊子座331的底部与正反扣螺纹丝杠32螺纹连接。通过外力正反向转动摇臂34，从而带动正反扣螺纹丝杠32转动，使得左右两个辊子组件33同步向中间或者两边移动，直到辊子332的圆柱表面接触到待焊工件100、200的外侧并夹紧待焊工件100、200，实现对对圆筒形待焊工件100、200实施有效的侧紧，防止焊接过程中发生侧分，可适应不同直径的焊接工件的支撑。正反扣螺纹丝杠32的结构和工作原理为已有技术，在此不再详细描述。另外，所述正反扣螺纹丝杠32为正反扣梯形螺纹丝杠。当然也可以采用三角形或其它公知的螺纹形式，只要保证辊子组件33能够对待焊工件100、200表面施加足够的夹紧力即可。

进一步的，在外支撑件3的底座31下部设有滑槽311，在底板1上沿圆筒形待焊工件100、200的轴向设有导轨11(如图7所示)，滑槽311与导轨11滑动配合，使得外支撑件3沿导轨11方向滑动至待焊工件100、200的环缝处。可根据焊缝的不同位置，调整外支撑件3的位置，进行焊接。

如图6所示，尾顶件5沿圆筒形待焊工件100、200轴向滑动的设置在底板1上，尾顶件5包括与底板1配合滑动的尾顶座51，在尾顶座51上立设有尾顶柱52，在尾顶柱52朝向圆筒形待焊工件200的一侧设有法兰盘53(如图1所示)。根据待焊工件100、200长度，通过尾顶座51上的T型螺母54与底板1的T型槽13(如图7所示)配合，使得尾顶座51与底板1相对固定。尾顶柱52提供轴向顶紧力，将法兰盘53与待焊工件100、200一同压紧。

进一步的，在尾顶座51下部设有导槽511，在底板1上沿圆筒形待焊工件的轴向设有滑轨12，导槽511与滑轨12滑动配合。在本实施例中滑轨12与导轨11为一体式结构(如图1所示)。

本实用新型在使用时，如图8所示，首先内支撑件4中的螺杆422处于回收状态，内支撑件4的弹性支撑筒41处于收缩状态，此时弹性支撑筒41的外径小于待焊工件100、200的内径，将内支撑件4整体放入两待焊工件100、200内的焊缝位置，旋转螺杆422上升，螺杆422上端的楔形块423逐渐伸入断口43并将断口43撑开，使得弹性支撑筒41的外壁贴紧待焊工件100、200的内壁形成一个整体；其次，将待焊工件100、200和内支撑件4整体装配到转台2上，并通过卡盘组件夹紧待焊工件100的前端，滑动尾顶件5顶紧待焊工件200的后端，使得待焊工件100、200和内支撑件4定位在转台2上。再将外支撑件3滑移至焊缝正下方，通过摇臂34驱动正反扣螺纹丝杠32调整两辊子组件33的间距，使其完全贴合待焊工件100、200焊缝的外表面。这样使得待焊工件100、200在轴向和径向都完全定位；整焊接机头与待焊工件100、200对称中心的间距到达一合适数值，使其与待焊工件100、200之间有一定的焊接倾角；随后，驱动转台旋转，主轴旋转、扎入，实现待焊工件100、200环缝焊接。

本实用新型通过在焊接过程中设置内、外支撑件，不但能减少或消除了环缝内表面凸出的缺陷，提高焊接质量，而且还解决了筒体结构焊接加工变形的问题，工艺合理性较以往有很大的改善，产品合格率高。本实用新型还具有结构简单，使用操作方便、成本低等特点。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本实用新型进行解释，以便于能够更好地理解本实用新型，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本实用新型的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (8)

1.一种自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，用于两个圆筒形待焊工件的环缝焊接，其特征在于，所述自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具包括：底板、转台、外支撑件、内支撑件和尾顶件，所述底板呈平板状，所述转台能沿其轴向转动的设置在所述底板的一侧，所述尾顶件能沿所述转台轴向移动的设置在所述底板另一侧，所述外支撑件和所述内支撑件分别顶抵于安装于所述转台与所述尾顶件之间的所述两个圆筒形待焊工件的焊接区域的外侧和内侧。

2.如权利要求1所述的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，其特征在于，

所述转台，包括立设于所述底板上的转台支架，安装在所述转台支架一侧的用于卡紧所述圆筒形待焊工件的卡盘组件，以及驱动所述待焊工件沿轴向转动的转动组件；

所述外支撑件，沿所述圆筒形待焊工件轴向滑动的设置在所述底板上，所述外支撑件包括底座，在所述底座内设有正反扣螺纹丝杠，所述正反扣螺纹丝杠的轴线垂直于所述待焊工件的轴线，在所述正反扣螺纹丝杠的两端分别配合安装有辊子组件，两所述辊子组件在所述正反扣螺纹丝杠驱动下沿所述正反扣螺纹丝杠的轴向相向或相背移动；

所述内支撑件，包括具有断口的环形弹性支撑筒，在所述弹性支撑筒内设有顶推组件，所述顶推组件具有能伸缩的顶推杆，所述顶推杆的伸缩端朝向所述弹性支撑筒的断口，所述顶推杆的伸缩端能顶塞进所述断口并沿径向撑开所述弹性支撑筒；

所述尾顶件，包括与所述底板滑动配合的尾顶座，在所述尾顶座上立设有尾顶柱，在所述尾顶柱朝向所述圆筒形待焊工件的一侧设有法兰盘。

3.如权利要求2所述的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，其特征在于，所述转动组件包括依次连接电机、减速器和齿轮组，所述齿轮组与所述卡盘组件相连接，且所述齿轮组驱动所述卡盘组件绕其中心轴旋转。

4.如权利要求2所述的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，其特征在于，所述辊子组件包括辊子座和辊子，所述辊子枢接于所述辊子座上，所述辊子座的底部与所述正反扣螺纹丝杠螺纹连接。

5.如权利要求2所述的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，其特征在于，在所述外支撑件的底座下部设有滑槽，在所述底板上沿所述圆筒形待焊工件的轴向设有导轨，所述滑槽与所述导轨滑动配合。

6.如权利要求2所述的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，其特征在于，所述顶推组件包括丝杠支架和螺杆，所述螺杆螺接且贯穿于所述丝杠支架的上表面，所述螺杆伸出所述丝杠支架的一端设有楔形块，所述楔形块呈由下至上的渐缩状，在所述弹性支撑筒的内壁上，且邻近所述断口的两侧分别设有导向块，两所述导向块的相对面与所述楔形块的外表面相配合。

7.如权利要求2所述的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，其特征在于，在所述尾顶座下部设有导槽，在所述底板上沿所述圆筒形待焊工件的轴向设有滑轨，所述导槽与所述滑轨滑动配合。

8.如权利要求2所述的自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具，其特征在于，所述正反扣螺纹丝杠为正反扣梯形螺纹丝杠。

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