CN210281063U - 一种异种材料的焊接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供异种材料的焊接装置，包括底座及固定于底座上的导轨，导轨上部上方滑动配合有一对用于夹持待焊接物料的夹具，一对夹具之间的底座上固定连接有电磁焊接装置，电磁焊接装置包括集磁器，集磁器顶部及底部环布有成形线圈，集磁器的中部具有以供待焊接物料置入的通孔，集磁器的两端沿通孔轴向具有锥形凹陷部，导轨上方还具有用于在物料表面喷涂的喷涂装置，本实用新型通过上述装置能对焊接工件表面喷涂一层薄的涂层，管形工件在喷涂过程中产生旋转，可以保证在喷涂过程的管件喷涂均匀，让异种材料的焊接工件在焊接过程中不产生脆性金属间化合物，从而可以提高焊缝的质量，对管件夹紧装置有很好的对心效果。

Description

一种异种材料的焊接装置

技术领域

本发明属于一种异种材料的焊接装置。

背景技术

异种材料的焊接主要分为以下几类：1、异种金属的焊接；2、金属与非金属的焊接；3、非金属与非金属的焊接。

1、对于异种金属的焊接，两种金属间容易形成脆性的金属间化合物，这些脆性的金属间化合物会极大的降低焊缝的质量，例如：目前其他的焊接方法如爆炸焊，搅拌摩擦焊等焊接方法都会产生脆性Al-Mg金属间化合物。同时，对于线膨胀系数相差较大的金属材料的焊接，热膨胀率越大，冷却时收缩也越大，焊接界面会产生很大的焊接应力。焊缝两侧的材料承受的应力状态不同，从而容易导致焊缝产生裂纹，裂纹累积进来，甚至会导致焊缝与母材相剥离。对于异种金属管件的焊接，两种具有不同电位的金属相互接触并暴露在溶液环境中，其接口处极易引起电化学腐蚀，从而降低焊接接口。

2、对于金属与非金属的焊接，不易通过焊接的方式来达到连接的效果，主要通过胶接与法兰连接等形式。

3、对于非金属材料与非金属的焊接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合热塑性材料的连接方式。但是对于热固性塑料，热固性塑料由于固化成型后形成的是交联结构，不能再次对其进行融化再成型，所以热固性塑料不能够进行焊接，同样主要采用胶接或法兰连接等形式。

电磁焊接一种高能率的焊接方法，它是利用电容器组通过感应线圈放电，感应线圈会在待焊工件上产生强大的感应电流，使工件在径向区域产生一个很大的速度，在极短的时间下，两个工件相互碰撞，从而使两个工件材料表面的原子达到了原子间的距离，最后在两个工件中间形成了稳定的冶金结合。

对于异种金属的电磁脉冲焊接，虽然电磁焊接可以通过调节工艺参数来控制过渡区的大小，但不可避免的依然会有的脆性金属间化合物生成；对于异种金属管件的电磁焊接，在接口处极易引起电化学腐蚀，从而降低焊接接口。对于两个管径相差较大的管件的连接，通过电磁焊接来连接的话，往往需要对一个管进行很大的缩径，这就会对管件的焊接产生不利的影响，比如起皱，破裂等。

对于非金属与非金属材料之间的电磁脉冲焊接，首先，通过电磁脉冲焊接不能通过线圈在非金属材料中感应出感应电流或感应电流较小，从而不能起到良好的焊接效果，其次，非金属与非金属材料通过磁脉冲焊接不能形成良好的焊接接头。

对于金属与非金属之间的磁脉冲焊接，金属与非金属不能形成电磁焊接接头或形成的接头强度较弱。

喷涂是在高压或电磁力的作用下，对粉末或熔化的液滴进行加速，使粉末或熔化的材料喷射到要喷涂的工件上，喷涂材料有粉末状、带状和棒状等不同的形态,它们的成分可以是金属，合金，非金属材料等。且喷涂的涂层厚度在几微米到几百微米（涂层的厚度取决于喷涂工艺参数与喷涂形式），这样就能够在基体表面得到一层很薄的涂层材料，这就有利于通过控制电磁焊接的工艺参数而在焊缝中形成更为有利的冶金结构。目前喷涂材料种类很多，喷涂材料对应的功能也极大丰富，其中热障涂层是其中一种，它能够起到良好隔热作用，降低基底温度，同时又具有硬度高，化学稳定性好，防止高温腐蚀等特点。

发明内容

本实用新型对上述问题进行了改进，即本实用新型要解决的技术问题是现有的异种材料焊接中易形成脆性金属间化合物，非金属材料不易焊接，管径相差较大，焊缝腐蚀的问题。

本发明解决技术问题所采用的是一种异种材料的焊接装置，包括底座及固定于底座上的导轨，所述导轨上部滑动配合有一对用于夹持待焊接物料的夹具，所述一对夹具之间的底座上固定连接有电磁焊接装置，所述夹具由驱动装置驱动转动，所述电磁焊接装置包括集磁器，集磁器顶部及底部环布有成形线圈，所述集磁器的中部具有以供待焊接物料置入的通孔，集磁器的两端沿通孔轴向具有锥形凹陷部，所述导轨上方还具有用于在物料表面喷涂的喷涂装置。

进一步的，所述喷涂装置包括与高压气泵联通的喷管，所述喷管的侧部联通有用于输入喷涂材料的喷涂材料进入管，所述喷管的下端朝向待喷涂物料设置。

进一步的，所述导轨上部滑动配合有滑台，所述驱动装置为固定连接于滑台上的电机，所述夹具固定连接于电机的输出轴上。

进一步的，所述夹具包括与电机输出轴固定连接的夹爪壳体，所述夹爪壳体上对称铰链连接有角状夹臂，所述角状夹臂的外侧断固定连接有夹板，角状夹臂的中部与夹爪壳体铰链连接，所述夹爪壳体中部固定有螺套，所述螺套内螺纹配合有向夹爪壳体外侧实现锁紧的螺栓，所述角状夹臂的内侧铰链连接有拉杆，所述拉杆的下端与螺栓固定连接，当螺栓向夹爪壳体内侧移动时拉动拉杆使角状夹臂绕中部铰接处转动实现夹板夹紧

进一步的，所述集磁器上端及下端的成形线圈与提供电磁脉冲的电磁脉冲电路连接，所述电磁脉冲电路包括高压电源及与高压电源串联连接的限流电阻、高压开关，所述成形线圈与高压电源串联连接，所述脉冲电容器并联连接于高压电源。

进一步的，底座上固定连接有线圈固定夹板，所述线圈固定夹板具有一对且对称设置于成形线圈的两侧，所述线圈固定夹板通过螺栓连接。

进一步的，所述成形线圈外部包裹有线圈绝缘层。

进一步的，所述夹板截面呈V型。

进一步的，所述滑台侧部螺纹连接有朝向导轨的锁紧螺杆。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型通过上述装置能对焊接工件表面喷涂一层薄的涂层，管形工件在喷涂过程中产生旋转，可以保证在喷涂过程的管件喷涂均匀，让异种材料的焊接工件在焊接过程中不产生脆性金属间化合物，从而可以提高焊缝的质量，对管件夹紧装置有很好的对心效果。本实用新型设计管件夹紧装置有很好的对心效果，对于不同管径的管的夹持，都能够保证良好的对心。

附图说明

图1为本发明所述的工件喷涂示意图。

图2为本发明所述的电磁焊接工装示意图。

图3为本发明夹具结构示意图。

图4为本发明图2集磁器局部放大结构示意图。

图5为本发明图2A-A剖面结构电磁焊接工装剖视图。

图6本发明成形线圈主视图。

图7为本发明装置线圈固定平板结构图。

图中1.2为高压发生器；3-限流电阻；4-高压开关；5-脉冲电容器；6-集磁器；7-成形线圈；8-线圈固定夹板；9-线圈绝缘层；10-夹臂；11-夹具壳体；12-螺套；121-螺栓；122-拉杆；13-V形槽夹板；14-夹具；15-待焊工件外管；16-待焊工件内管；17-喷涂中间层；18-滑台；19-伺服电机；20-锁紧螺杆；21导轨支架；22-导轨；23-电磁脉冲系统；24-喷涂材料入口；25-喷涂装置；26-高压动力源；27-底座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1～7所示，一种异种材料的焊接装置，包括底座27及固定于底座27上的导轨22，所述导轨22上部滑动配合有一对用于夹持待焊接物料的夹具14，所述一对夹具14之间的底座上固定连接有电磁焊接装置，所述夹具14由伺服电机19驱动转动，所述电磁焊接装置包括集磁器6，集磁器顶部及底部环布有成形线圈7，所述集磁器的中部具有以供待焊接物料置入的通孔，集磁器的两端沿通孔轴向具有锥形凹陷部，所述导轨上方还具有用于在物料表面喷涂的喷涂装置25。

本实施例中，所述导轨33上部滑动配合有滑台18，所述驱动装置为固定连接于滑台上的电机，所述夹具固定连接于伺服电机19的输出轴上。

本实施例中，所述喷涂装置25包括与高压气泵联通的喷管26，所述喷管的侧部联通有用于输入喷涂材料的喷涂材料进入管24，所述喷管的下端朝向待喷涂物料设置，使用时通过向喷涂材料进入管24用压力送入喷涂材料之后利用高压气泵将进入喷管26内的喷涂材料喷出至位于喷管下端喷口的位于夹具上的物料上，喷涂过程中为了保证均匀可以通过伺服电机19带动夹具转动进行转动。

喷涂时，所述夹具可以采用手指气缸或其他夹持装置，本实施例中采用机械构件进行夹持，所述夹具包括与电机输出轴固定连接的夹爪壳体11，所述夹爪壳体11上对称铰链连接有角状夹臂10，所述角状夹臂10的外侧断固定连接有夹板13，角状夹臂的中部与夹爪壳体铰链连接，所述夹爪壳体中部固定有螺套12，所述螺套内螺纹配合有向夹爪壳体外侧实现锁紧的螺栓121，所述角状夹臂的内侧铰链连接有拉杆122，所述拉杆122的下端与螺栓固定连接，当螺栓向夹爪壳体内侧移动时拉动拉杆使角状夹臂绕中部铰接处转动实现夹板夹紧。

为了更好地夹持优选的方案为但不限于截面呈V型，以利于夹持管件结构。

所述集磁器上端及下端的成形线圈与提供电磁脉冲的电磁脉冲电路连接，所述电磁脉冲电路包括高压电源及与高压电源（高压发生器）串联连接的限流电阻3、高压开关4，所述成形线圈7与高压电源串联连接，所述脉冲电容器5并联连接于高压电源。

进一步的，底座上固定连接有线圈固定夹板，所述线圈固定夹板8具有一对且对称设置于成形线圈的两侧，所述线圈固定夹板通过螺栓连接，利用线圈固定夹板8将成形线圈夹于线圈固定夹板8之间实现成形线圈固定，所述成形线圈外部包裹有线圈绝缘层9。

本实施例中，所述导轨经导轨支架与底座27滑台侧部螺纹连接有朝向导轨支架22的锁紧螺杆21。

工作时，确定其中喷涂工艺实施较为方便的工件进行表面喷涂，把待焊工件内管用夹具14装夹好，推动滑台18到喷枪喷涂区域，伺服电机19开始旋转工作，慢速推动滑台，之后，启动喷涂装置25开始喷涂，喷涂材料从图示管道24进入到喷涂装置，在喷涂装置25的热源与动力源26的作用下从枪口以高速喷出，形成喷雾，喷雾高速碰撞待焊工件内管16，形成表面涂层，完成对整个喷涂区域的喷涂，其喷涂层的区域大小与范围要比待焊接的范围稍大，最后形成喷涂中间层17，之后把待焊接工件对齐放置，通过锁紧螺杆20对滑台进行锁紧，确定好电磁焊接的各项参数，启动电磁焊接系统23，为脉冲电容器充电5，充好电后，闭合高压开关4进行放电，在待焊接外管15待焊接区域感应出感应电流，形成强大的沿径向的洛伦兹力，上述待焊工件外管15内表面高速撞击上述喷涂了喷涂中间层的待焊工件内管16，形成焊接接头。

实际设计中滑台18沿导轨22移动可以利用气动、液压或电动驱动移动也可以采用人工操作。

下面结合具体实施方式，进一步阐明利用本实用新型装置带喷涂层进行电磁焊接工艺的操作。

操作实施例1 ：

（1）在对于Fe管与Al管的电磁焊接时，由Al管作为外管，Fe管作为内管，由Al管来撞击Fe管，来达到焊接的效果，这时确定了两个工件的材料分别是Fe与Al，这里，确定其中喷涂工艺实施较为方便的工件Fe管进行表面喷涂，可知，在FeAl中加入B（硼）或Ｚｒ（锆）有利于提高合金的韧性，所以就确定喷涂材料为B或者Zr，同时确定好焊接区域为管件的前端40mm。

（2）上述喷涂材料从图示24进入到喷枪，在喷涂装置25的热源与动力源26的作用下从枪口以高速喷出，形成材料喷雾，后喷雾高速碰撞上述工件，形成表面涂层17，之后通过旋转与进给的方式为这上述管件的前端50mm全部喷涂好上述喷涂材料。

（3）将上述喷涂过的Al管放入到图2所示的夹具当中，再将图中的工件16，即上述的Fe管同轴插入到上述放置好的Al管中，插入深度即为要焊接的长度40mm, 通过锁紧螺杆20对滑台进行锁紧，这时，确定好电磁焊接的各项参数，启动电磁焊接系统23，为脉冲电容器5充电，充好电后，闭合高压开关4进行放电，图中所示成形线圈7在通过集磁器6的作用下，在上述Al管中感应出感应电流，这时，这一区域Al管所受的洛伦兹力是沿径向上的，给了Al管一个很高的速度，在极短的时间里，Al管撞击到喷涂了B或Zr的Fe管上，形成良好的冶金结构，提升了FeAl之间的韧性，从而电磁焊接达到了更好焊接工艺。

操作实施例2：

（1）在对于管材的电磁焊接时，在对于Ti管与Al管的电磁焊接时，由Al管作为外管，Ti管作为内管，由Al管来撞击Ti管，来达到焊接的效果，这时确定了两个工件的材料分别是Ti与Al，这里，选择热障涂层材料镁基六铝酸镧作为热障涂层材料，同时确定好焊接区域为管件的前端40mm。

（2）确定其中喷涂工艺实施较为方便的工件Ti管进行表面喷涂，上述喷涂材料从图示管道24进入到喷枪，在喷涂装置25的热源与动力源26的作用下从枪口以高速喷出，形成材料喷雾，喷雾高速碰撞上述工件16，形成表面涂层，之后通过旋转与进给的方式完成对整个喷涂区域的喷涂，其喷涂的区域大小与范围要比待焊接的范围稍大，即上述管件的前端50mm全部喷涂好上述喷涂材料。

（3）将上述喷涂过的Al管放入到图1所示的位置当中，再将图中的工件16，即上述的Ti管同轴插入到上述放置好的Al管中，插入深度即为要焊接的长度40mm, 通过锁紧螺杆21对滑台进行锁紧，这时，确定好电磁焊接的各项参数，启动电磁焊接系统23，为脉冲电容器5充电，充好电后，闭合高压开关4进行放电，图中所示成形线圈7在通过集磁器6的作用下，在Al管待焊接区域感应出感应电流，形成强大的沿径向的洛伦兹力，其内表面高速撞击到上述喷涂了喷涂中间层的工件Ti管外表面，在热障涂层材料镁基六铝酸镧这种热障涂层的阻隔下，很好的降低碰撞过程中的Al-Ti界面的温度，从而形成良好的冶金结构，从而电磁焊接达到了更好焊接工艺。

操作实施例3：

（1）在对于钢管与碳纤维管的电磁焊接时，由钢管作为动件，碳纤维管作为静件，钢管来撞击碳纤维管，来达到焊接的效果，这时确定了两个工件的材料分别是钢与碳纤维，是一种金属与非金属的焊接，可知，对于金属与非金属的电磁焊接，其往往不能很好的进行焊接，接头质量较差。这时，确定喷涂材料为Fe粉，以减少钢管与其他喷涂材料相结合而产生脆性的金属间化合物，同时确定好焊接区域为板材的前端40mm。

（2）确定其中喷涂工艺实施较好的工件碳纤维管进行表面喷涂，上述喷涂材料从图中管道24进入到喷涂装置，在喷涂装置25的热源与动力源26的作用下从枪口以高速喷出，形成材料喷雾，喷雾高速碰撞上述工件，形成表面涂层，之后通过进给的方式完成对整个喷涂区域的喷涂，其喷涂的区域大小与范围要比待焊接的范围稍大，即上述管件的前端50mm全部喷涂好上述喷涂材料。

（3）将上述喷涂过的钢管与碳纤维管如图2所示夹紧对齐放好，碳纤维管插入到钢管中，插入长度即为焊接的区域长度40mm，通过锁紧螺杆20对滑台进行锁紧。确定好电磁焊接的各项参数，启动电磁焊接系统23，为脉冲电容器5充电，充好电后，闭合高压开关4进行放电，成形线圈7在通过集磁器6的作用下，在上述钢管中感应出感应电流，这时，这一区域钢管所受的洛伦兹力是向下朝向碳纤维管的，给了这一区域的钢管一个很高的速度，在极短的时间里，钢板撞击到喷涂了上述喷涂材料的碳纤维管上，形成良好的冶金结构，提升了焊接接口的强度，从而电磁焊接达到了更好焊接工艺。

上述带喷涂层的电磁焊接工艺，喷涂层的厚度可以根据实际需要通过控制旋转与进给速度来控制，从而更好地达到电磁焊接的效果。喷涂层材料可以为起到隔热作用的热障涂层，从而在电磁焊接时达到很好的隔热效果，大幅度降低电磁焊接时接头界面的温度，从而形成更加良好的冶金结构，同时当两种热膨胀系数差别较大时，可以起到协调两种金属应变的效果，避免产生了微裂纹，从而很好的保持焊缝的质量。

此外喷涂层材料为上述金属工件的材料，以避免上述金属工件与其他喷涂材料相结合而产生脆性的金属间化合物，从而影响焊缝质量。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种异种材料的焊接装置，其特征在于，包括底座及固定于底座上的导轨，所述导轨上部滑动配合有一对用于夹持待焊接物料的夹具，所述一对夹具之间的底座上固定连接有电磁焊接装置，所述夹具由驱动装置驱动转动，所述电磁焊接装置包括集磁器，集磁器顶部及底部环布有成形线圈，所述集磁器的中部具有以供待焊接物料置入的通孔，集磁器的两端沿通孔轴向具有锥形凹陷部，所述导轨上方还具有用于在物料表面喷涂的喷涂装置。

2.根据权利要求1所述的一种异种材料的焊接装置，其特征在于，所述喷涂装置包括与高压气泵联通的喷管，所述喷管的侧部联通有用于输入喷涂材料的喷涂材料进入管，所述喷管的下端朝向待喷涂物料设置。

3.根据权利要求2所述的一种异种材料的焊接装置，其特征在于，所述导轨上部滑动配合有滑台，所述驱动装置为固定连接于滑台上的电机，所述夹具固定连接于电机的输出轴上。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种异种材料的焊接装置，其特征在于，所述夹具包括与电机输出轴固定连接的夹爪壳体，所述夹爪壳体上对称铰链连接有角状夹臂，所述角状夹臂的外侧断固定连接有夹板，角状夹臂的中部与夹爪壳体铰链连接，所述夹爪壳体中部固定有螺套，所述螺套内螺纹配合有向夹爪壳体外侧实现锁紧的螺栓，所述角状夹臂的内侧铰链连接有拉杆，所述拉杆的下端与螺栓固定连接，当螺栓向夹爪壳体内侧移动时拉动拉杆使角状夹臂绕中部铰接处转动实现夹板夹紧。

5.根据权利要求4所述的一种异种材料的焊接装置，其特征在于，所述集磁器上端及下端的成形线圈与提供电磁脉冲的电磁脉冲电路连接，所述电磁脉冲电路包括高压电源及与高压电源串联连接的限流电阻、高压开关，所述成形线圈与高压电源串联连接，脉冲电容器并联连接于高压电源。

6.根据权利要求1所述的一种异种材料的焊接装置，其特征在于，底座上固定连接有线圈固定夹板，所述线圈固定夹板具有一对且对称设置于成形线圈的两侧，所述线圈固定夹板通过螺栓连接。

7.根据权利要求1所述的一种异种材料的焊接装置，其特征在于，所述成形线圈外部包裹有线圈绝缘层。

8.根据权利要求4所述的一种异种材料的焊接装置，其特征在于，所述夹板截面呈V型。

9.根据权利要求3所述的一种异种材料的焊接装置，其特征在于，所述滑台侧部螺纹连接有朝向导轨的锁紧螺杆。

Images