CN205200916U - 搅拌摩擦焊接工装夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种搅拌摩擦焊接工装夹具，用于夹装搅拌摩擦的被焊件，搅拌摩擦焊接工装夹具包括工装台，工装台的上表面具有位于中央的焊接区域以及位于焊接区域横向两侧的定位区域，两定位区域上均设有用于固定被焊件的定位组件，焊接区域沿其纵向设有至少一条向下凹陷的介质通道，介质通道的两端均与外部相连通，在介质通道上覆设有用于支撑焊接件的盖板，盖板上开设有多个与介质通道相连通的导流孔。本实用新型的搅拌摩擦焊接工装夹具，焊接过程中，通过向介质通道内通入循环冷却液并不断充入惰性气体，利用冷却液对被焊接材料实时冷却，利用惰性气体将被焊件与周围空气隔离，以改善焊接材料的组织性能，从而提升了焊接接头的质量。

Description

搅拌摩擦焊接工装夹具

技术领域

本实用新型涉及焊接夹具技术领域，特别涉及一种搅拌摩擦焊接工装夹具。

背景技术

搅拌摩擦焊接(FrictionStirwelding，简称FSW)，是英国焊接研究所(TheWeldingInstitute)于1991年期间发明的新型焊接技术。其原理是：利用摩擦热作为焊接热源。焊接过程是搅拌工具(搅拌头)插入工件的接缝处，搅拌头在高速旋转的同时受垂直于被焊材料的轴向力，当搅拌头与被焊材料之间发生剧烈摩擦并产生大量的热，使搅拌摩擦区的材料发生剧烈塑性变形，然后随着搅拌针的移动，剧烈塑性变形的材料流向搅拌针的后端，再在轴肩挤压作用下形成高质量、无缺陷焊缝。目前，该技术已在航空航天、轨道列车、船舶、电子工业等领域成熟应用。

FSW与传统熔焊相比，有着显著的特点：焊前不需要对焊接位置开V型或U型坡口及复杂的焊前清理准备；焊接过程中不产生辐射、飞溅及危害气体；焊接过程稳定，焊后试件变形和残余应力小；焊接接头性能优良，焊缝内不易产生裂纹、孔洞等缺陷。FSW另一个突出的优点是：可焊接熔焊不易焊接的高强度铝合金材料，如7XXX系列铝合金。随着FSW技术的不断推广，以及FSW技术优势，被焊材料逐渐呈现出多样化，尤其是在焊接高熔点合金时，目前成为基础和工程化应用研究的热点方向。然而，在焊接高熔点合金材料时，由于焊接过程产生大量的热，严重影响了焊接接头的质量。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够解决因焊接过程产生大量的热影响焊接接头质量问题的搅拌摩擦焊接工装夹具。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种搅拌摩擦焊接工装夹具，用于夹装搅拌摩擦的被焊件，所述搅拌摩擦焊接工装夹具包括工装台，所述工装台的上表面具有位于中央的焊接区域以及位于所述焊接区域横向两侧的定位区域，两所述定位区域上均设有用于固定被焊件的定位组件，所述焊接区域沿其纵向设有至少一条向下凹陷的介质通道，所述介质通道的两端均与外部相连通，在所述介质通道上覆设有用于支撑所述被焊件的盖板，所述盖板上开设有多个与所述介质通道相连通的导流孔。

如上所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其中，所述焊接区域沿纵向的中部嵌设有硬质合金垫板，所述硬质合金垫板与所述盖板拼合成一体，且所述盖板、所述硬质合金垫板和所述工装台的上表面位于同一平面内。

如上所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其中，所述介质通道呈直线型或者曲线型。

如上所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其中，所述介质通道内设有加热部件。

如上所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其中，所述介质通道的宽度为1.0mm-60mm，所述介质通道的深度为1.0mm-60mm。

如上所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其中，所述定位组件包括：压紧机构，所述压紧机构包括沿所述定位区域纵向间隔设置并能上下移动的多个压块，所述压块的一端延伸至所述焊接区域的上方，且在同一所述定位区域上各所述压块的延伸端抵压有能压紧于所述被焊件的压条；夹紧机构，所述夹紧机构包括沿所述定位区域纵向间隔设置并能沿所述焊接区域的横向移动顶抵于所述被焊件的多个顶块。

如上所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其中，所述压块沿其延伸方向的中部开设有连接孔，所述连接孔内贯穿有压紧螺钉，所述压紧螺钉的头部直径大于所述连接孔的孔径，所述定位区域上设有多个定位螺纹孔，通过所述压紧螺钉与所述定位螺纹孔的旋接配合，所述压块能上下移动的连接在所述定位区域上。

如上所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其中，每一所述压块背向所述延伸端的一端贯穿有限位螺钉，所述定位区域上设有分别与各所述限位螺钉旋接配合的多个限位螺纹孔，通过所述限位螺钉与所述限位螺纹孔的旋接配合限制所述压块以所述压紧螺钉为轴线转动。

如上所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其中，所述定位区域沿纵向设有多个间隔的定位通槽，每一所述定位通槽内设有定位凸块，每一所述定位凸块朝向所述焊接区的侧面设有一所述顶块，所述定位凸块上设有夹紧螺纹孔，所述夹紧螺纹孔旋接有夹紧螺钉，所述夹紧螺钉的端部顶抵于所述顶块朝向所述定位凸块的表面上，通过所述夹紧螺钉与所述夹紧螺纹孔的旋接配合，所述顶块能沿所述焊接区域的横向移动的连接在所述定位区域上。

如上所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其中，两所述定位区域上的所述顶块的数量相等且对位设置。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

本实用新型提供的搅拌摩擦焊接工装夹具，通过在工装台的焊接区域设置介质通道，在焊接过程中，通过向介质通道内通入循环冷却液并不断充入惰性气体，惰性气体通过盖板上的导流孔接触到被焊件，利用惰性气体将被焊件与周围空气隔离，避免了被焊件与空气中某些气体的化学反应，从而提高了焊接接头的质量，同时利用冷却液对被焊接材料进行实时冷却，有效控制了焊接过程的温度，进一步提高了焊接接头的质量，此外，嵌设在焊接区域中部的硬质合金垫板具有耐高温、化学活性低、高强度、高硬度、并具有一定的韧性的优点，使得该硬质合金垫板能够承受焊接过程中的高温和轴向压力，在焊接过程中能够为焊接部位提供足够的背部支撑，且硬质合金垫板不会与被焊材料发生冶金反应，避免了被焊材料与硬质合金垫板之间发生冶金连接，从而有效保证了焊接接头的质量。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是根据本实用新型一实施例提供的搅拌摩擦焊接工装夹具夹装搅拌摩擦的被焊件的结构示意图；

图2是图1所示的搅拌摩擦焊接工装夹具去除一盖板及压紧机构的结构示意图；

图3是图1所示的搅拌摩擦焊接工装夹具去除压紧机构后的结构示意图。

附图标号说明：

1-工装台；11-焊接区域；12-定位区域；121-定位螺纹孔；122-定位通槽；13-定位凸块；2-定位组件；21-压块，211-连接孔；212-压紧螺钉；213-限位螺钉；22-压条；23-顶块；231-夹紧螺钉；3-介质通道；4-盖板；41-导流孔；5-硬质合金垫板；6-被焊件。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型提供了一种搅拌摩擦焊接工装夹具，用于夹装搅拌摩擦的被焊件6，搅拌摩擦焊接工装夹具包括工装台1，工装台1的上表面具有位于中央的焊接区域11以及位于焊接区域11横向两侧的定位区域12，两定位区域12上均设有用于固定被焊件6的定位组件2，如图2所示，焊接区域11沿其纵向设有至少一条向下凹陷的介质通道3，介质通道3的两端均与外部相连通，如图3所示，在介质通道3上覆设有用于支撑被焊件6的盖板4，盖板4上开设有多个与介质通道3相连通的导流孔41，在实际使用时，以焊接两个被焊件6为例，通过定位组件2将两被焊件6定位在工装台1上，并使被焊件6拼接形成的焊接缝位于焊接区域11内，在焊接过程中，向介质通道3内通入循环冷却液并不断充入惰性气体，惰性气体通过盖板4上的导流孔41接触到被焊件6，利用惰性气体将被焊件6与周围空气隔离，避免了被焊件6与空气中某些气体的化学反应，从而提高了焊接接头的质量，同时利用冷却液对被焊接材料进行实时冷却，有效控制了焊接过程的温度，进一步提高了焊接接头的质量。

具体的，介质通道3的宽度为1.0mm-60mm，介质通道3的深度为1.0mm-60mm，在加工介质通道3时，可根据工装台1的强度以及实际使用需要设定介质通道3的具体尺寸，只要满足介质通道3能够通入循环冷却液并不断充入惰性气体，以控制焊接过程的温度，并将被焊件6与周围空气隔离即可。

为了避免摩擦头损坏工装台1，同时避免被焊件6与工装台1粘接，现有技术通常使用钢制垫板将工装台1与被焊件6隔开，由于焊接过程温度较高，焊接过程垫板在高温条件下必须具有足够的强度和韧性，然而，常规钢制垫板易出现支撑刚度不足或垫板与被焊材料粘结的现象。

为了解决钢制垫板易出现支撑刚度不足或垫板与被焊材料粘结的问题，在本实用新型的一个优选实施例中，如图3所示，焊接区域11沿纵向的中部嵌设有硬质合金垫板5，硬质合金垫板5与盖板4拼合成一体，且盖板4、硬质合金垫板5和工装台1的上表面位于同一平面内，硬质合金垫板5具有耐高温、化学活性低、高强度、高硬度的优点，并具有一定的韧性，能够承受焊接过程中的高温和轴向压力，在焊接过程中能够为焊接部位提供足够的背部支撑，且硬质合金垫板5不与被焊材料发生冶金反应，避免了被焊材料与垫板之间发生冶金连接；而盖板4、硬质合金垫板5与工装台1的上表面位于同一平面内，则保证了被焊件6定位的稳定性，从而保证了焊接接头的质量。

进一步，如图2所示，焊接区域11沿纵向间隔设有两条向下凹陷的介质通道3，硬质合金垫板5置于两盖板4之间，且硬质合金垫板5的中心线与焊接区域11的中心线相平行，在定位被焊件6时，只需将被焊件6拼接形成的焊接缝置于焊接区域11的中心线处，即可保证该焊接缝置于硬质合金垫板5的上方，而两条介质通道3则保证了焊接过程中有足够的冷却液和惰性气体以改善焊接材料的组成性能，从而保证了焊接接头的质量。

在本实用新型的一个具体示例中，介质通道3呈直线型或者曲线型，曲线型的介质通道3，有效的增加了介质通道3的面积，即增加了对被焊件6实时冷却的面积，从而提升了对接头组织性能的控制效率，而直线型的介质通道3相较于直线型更加易于加工成型，能够提升搅拌摩擦焊接工装夹具的生产效率。

在本实用新型的一个实施中，介质通道3内设有加热部件，该加热部件可以是热媒介质，可以是电阻丝，也可以是电热带等其他电热元件，在使用时，通过加热部件对被焊件6进行预热，然后再使用搅拌头进行焊接，能够有效降低搅拌头的磨损，从而延长搅拌头的使用寿命。

在本实用新型的一个具体实施例中，如图1所示，定位组件2包括：压紧机构和夹紧机构，其中，压紧机构包括沿定位区域12纵向间隔设置并能上下移动的多个压块21，压块21的一端延伸至焊接区域11的上方，且在同一定位区域12上各压块21的延伸端抵压有能压紧于被焊件6的压条22，夹紧机构包括沿定位区域12纵向间隔设置并能沿焊接区域11的横向移动顶抵于被焊件6的多个顶块23，在使用时，将被焊件6拼接形成的焊接缝置于焊接区域11，然后通过移动压块21使压条22压紧被焊件6，以限制被焊件6的上下移动，通过同时移动两侧的顶块23夹紧被焊件6，以限制被焊件6横向移动，并利用工装台1的边缘限制被焊机的纵向移动，从而被焊件6在定位组件2的作用下牢靠地定位在工装台1上。

具体的，压块21沿其延伸方向的中部开设有连接孔211，该连接孔211为腰形孔，连接孔211内贯穿有压紧螺钉212，压紧螺钉212的头部直径大于连接孔211的孔径，即螺钉的头部卡置在连接孔211的上端面，压紧螺钉212的螺杆能在连接孔211内移动，定位区域12上设有多个定位螺纹孔121，通过压紧螺钉212与定位螺纹孔121的旋接配合，压块21能上下移动的连接在定位区域12上，通过调整压紧螺钉212旋入定位螺纹孔121的深度控制压块21上下移动的范围，压紧螺钉212与定位螺纹孔121的旋接配合简单可靠，从而使得移动压块21抵压压条22压紧被焊件6的操作简单可靠。

可选的，如图1所示，每一压块21背向延伸端的一端贯穿有限位螺钉213，定位区域12上设有分别与各限位螺钉213旋接配合的多个限位螺纹孔(图中未示出)，通过限位螺钉213与限位螺纹孔的旋接配合限制压块21以压紧螺钉212为轴线转动，避免了因压块21的转动，导致无法抵压压条22压紧被焊件6的情况发生，从而保证了压紧机构压紧被焊件6的可靠性。

进一步，定位区域12沿纵向设有多个间隔的定位通槽122，每一定位通槽122内设有定位凸块13，每一定位凸块13朝向焊接区的侧面设有一顶块23，定位凸块13上设有夹紧螺纹孔，夹紧螺纹孔旋接有夹紧螺钉231，夹紧螺钉231的端部顶抵于顶块23朝向定位凸块13的表面上，通过夹紧螺钉231与夹紧螺纹孔的旋接配合，顶块23能沿焊接区域11的横向移动的连接在定位区域12上，通过调整夹紧螺钉231旋入夹紧螺纹孔的深度控制顶块23横向移动的距离，夹紧螺钉231与夹紧螺纹孔的旋接配合简单可靠，从而使得顶块23横向移动夹紧被焊件6的操作简单可靠。

具体的，为了避免被焊件6因受力不均导致焊接缝出现偏移，影响焊接质量，两定位区域12上的顶块23的数量相等且对位设置，以保证被焊件6受力均匀，进一步，还可以使位于同一区域上多个压块21和多个顶块23等间隔交错设置。

下面以两个被焊件6为例，结合附图具体说明本实用新型提供的搅拌摩擦焊接工装夹具的使用过程：

如图1所示，焊接前，将两被焊件6放置在工装台1上，并使两被焊件6拼接形成的焊接缝正对嵌设在焊接区域11中部的硬质合金垫板5，然后移动压块21，使压条22压在被焊接件的上表面，之后旋紧两定位区域12上的各夹紧螺钉231，使顶块23夹紧两被焊件6，同时旋紧压紧螺钉212使压条22压紧被焊接件；然后，通过加热部件对被焊件6进行预加热，以减弱搅拌头的磨损；在焊接过程中，向介质通道3内通入冷却液和惰性气体，惰性气体通过盖板4上的导流孔41流出将被焊件6与周围空气隔离，避免了被焊件6与空气中某些气体的化学反应，同时利用冷却液对被焊接材料进行实时冷却，有效控制了焊接过程的温度，从而有效提高了焊接接头的质量。

综上所述，本实用新型提供的搅拌摩擦焊接工装夹具，通过在工装台的焊接区域设置介质通道，在焊接过程中，通过向介质通道内通入循环冷却液并不断充入惰性气体，惰性气体通过盖板上的导流孔接触到被焊件，利用惰性气体将被焊件与周围空气隔离，避免了被焊件与空气中某些气体的化学反应，从而提高了焊接接头的质量，同时利用冷却液对被焊接材料进行实时冷却，有效控制了焊接过程的温度，进一步提高了焊接接头的质量，此外，嵌设在焊接区域中部的硬质合金垫板具有耐高温、化学活性低、高强度、高硬度、并具有一定的韧性的优点，使得该硬质合金垫板能够承受焊接过程中的高温和轴向压力，在焊接过程中能够为焊接部位提供足够的背部支撑，且硬质合金垫板不会与被焊材料发生冶金反应，避免了被焊材料与硬质合金垫板之间发生冶金连接，从而有效保证了焊接接头的质量。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种搅拌摩擦焊接工装夹具，用于夹装搅拌摩擦的被焊件，其特征在于，

所述搅拌摩擦焊接工装夹具包括工装台，所述工装台的上表面具有位于中央的焊接区域以及位于所述焊接区域横向两侧的定位区域，两所述定位区域上均设有用于固定被焊件的定位组件，所述焊接区域沿其纵向设有至少一条向下凹陷的介质通道，所述介质通道的两端均与外部相连通，在所述介质通道上覆设有用于支撑所述被焊件的盖板，所述盖板上开设有多个与所述介质通道相连通的导流孔。

2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其特征在于，

所述焊接区域沿纵向的中部嵌设有硬质合金垫板，所述硬质合金垫板与所述盖板拼合成一体，且所述盖板、所述硬质合金垫板和所述工装台的上表面位于同一平面内。

3.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其特征在于，

所述介质通道呈直线型或者曲线型。

4.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其特征在于，

所述介质通道内设有加热部件。

5.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其特征在于，

所述介质通道的宽度为1.0mm-60mm，所述介质通道的深度为1.0mm-60mm。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其特征在于，

所述定位组件包括：

压紧机构，所述压紧机构包括沿所述定位区域纵向间隔设置并能上下移动的多个压块，所述压块的一端延伸至所述焊接区域的上方，且在同一所述定位区域上各所述压块的延伸端抵压有能压紧于所述被焊件的压条；

夹紧机构，所述夹紧机构包括沿所述定位区域纵向间隔设置并能沿所述焊接区域的横向移动顶抵于所述被焊件的多个顶块。

7.根据权利要求6所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其特征在于，

所述压块沿其延伸方向的中部开设有连接孔，所述连接孔内贯穿有压紧螺钉，所述压紧螺钉的头部直径大于所述连接孔的孔径，所述定位区域上设有多个定位螺纹孔，通过所述压紧螺钉与所述定位螺纹孔的旋接配合，所述压块能上下移动的连接在所述定位区域上。

8.根据权利要求7所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其特征在于，

每一所述压块背向所述延伸端的一端贯穿有限位螺钉，所述定位区域上设有分别与各所述限位螺钉旋接配合的多个限位螺纹孔，通过所述限位螺钉与所述限位螺纹孔的旋接配合限制所述压块以所述压紧螺钉为轴线转动。

9.根据权利要求6所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其特征在于，

所述定位区域沿纵向设有多个间隔的定位通槽，每一所述定位通槽内设有定位凸块，每一所述定位凸块朝向所述焊接区的侧面设有一所述顶块，所述定位凸块上设有夹紧螺纹孔，所述夹紧螺纹孔旋接有夹紧螺钉，所述夹紧螺钉的端部顶抵于所述顶块朝向所述定位凸块的表面上，通过所述夹紧螺钉与所述夹紧螺纹孔的旋接配合，所述顶块能沿所述焊接区域的横向移动的连接在所述定位区域上。

10.根据权利要求9所述的搅拌摩擦焊接工装夹具，其特征在于，

两所述定位区域上的所述顶块的数量相等且对位设置。