CN211490071U - 一种搅拌摩擦焊装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种搅拌摩擦焊装置，涉及搅拌摩擦焊技术领域，包括轴向位移驱动装置、旋转驱动装置以及搅拌头套件，其中，所述搅拌头套件包括搅拌针，以及设置于所述搅拌针外部的轴肩；所述搅拌针与所述轴肩滑动连接；所述旋转驱动装置与所述搅拌针以及所述轴肩均相连，用于驱动所述搅拌针以及所述轴肩进行转动；所述轴向位移驱动装置与所述搅拌针相连，用于驱动所述搅拌针进行轴向运动。本实用新型提供的搅拌摩擦焊装置，将搅拌针与轴肩设置为分体结构，并使搅拌针与轴肩滑动连接，通过分别对搅拌针的轴向运动以及搅拌针和轴肩的高速旋转运动进行控制，避免在焊缝中生成匙孔，从而提高焊缝处的连接强度与美观度。

Description

一种搅拌摩擦焊装置

技术领域

本实用新型涉及搅拌摩擦焊技术领域，具体而言，涉及一种搅拌摩擦焊装置。

背景技术

搅拌摩擦焊是近年来飞速发展的一种固相焊接技术，利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，对工件进行焊接。

搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针伸入工件的接缝处，通过搅拌头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，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，待焊接的工件固定在刚性背垫上，搅拌针在旋转的同时伸入工件的接缝中，搅拌头(主要是轴肩)与工件之间的摩擦热，使搅拌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。

目前的搅拌摩擦焊装置，在焊接结束后，随着将搅拌针从工件脱出，会在工件上焊缝处形成一个匙孔，该匙孔的存在严重影响了焊缝的力学性能与美观，极大的限制了搅拌摩擦焊的应用。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是目前的搅拌摩擦焊装置在焊接结束后，焊缝处存在匙孔。

为解决上述问题，本实用新型提供一种搅拌摩擦焊装置，包括轴向位移驱动装置、旋转驱动装置以及搅拌头套件，其中，

所述搅拌头套件包括搅拌针，以及设置于所述搅拌针外部的轴肩；所述搅拌针与所述轴肩滑动连接；

所述旋转驱动装置与所述搅拌针以及所述轴肩均相连，用于驱动所述搅拌针以及所述轴肩进行转动；

所述轴向位移驱动装置与所述搅拌针相连，用于驱动所述搅拌针进行轴向运动。

可选地，所述搅拌头套件还包括花键轴，所述花键轴的底端与所述搅拌针固定连接；所述花键轴的顶端与所述轴向位移驱动装置轴承连接。

可选地，所述旋转驱动装置包括空心电主轴；所述花键轴设置于所述空心电主轴的内部，所述空心电主轴与所述花键轴通过花键连接，且所述空心电主轴与所述花键轴沿所述空心电主轴的轴向滑动连接；所述轴肩与所述空心电主轴固定连接。

可选地，所述搅拌头套件还包括轴肩固定块，所述轴肩通过所述轴肩固定块与所述空心电主轴相连。

可选地，所述轴向位移驱动装置包括电动缸，所述花键轴的顶端与所述电动缸的输出杆通过轴承座连接件相连。

可选地，所述轴承座连接件包括轴承座、设置于所述轴承座内的轴承，其中所述轴承座与所述电动缸的输出杆固定连接，所述花键轴的顶端与所述轴承固定连接。

可选地，所述轴承座包括上轴承座和下轴承座，所述上轴承座与所述电动缸的输出杆固定连接；所述轴承设置于所述下轴承座内，所述上轴承座与所述下轴承座通过轴承座拉紧螺栓相连。

可选地，所述花键轴与所述轴承通过螺母相连。

可选地，所述轴承为角接触轴承。

可选地，还包括机座，所述旋转驱动装置安装于所述机座上；所述机座的顶部设置有电动缸撑座，所述轴向位移驱动装置通过所述电动缸撑座与所述机座固定连接。

与现有技术相比，本实用新型提供的搅拌摩擦焊装置具有如下优势：

本实用新型提供的搅拌摩擦焊装置，将搅拌针与轴肩设置为分体结构，并使搅拌针与轴肩滑动连接，在焊接过程中，通过分别控制搅拌针与轴肩作用于需要焊接的两种金属上的时间，分别对两种金属在焊接过程中的热输入量进行控制，从而实现两种金属在同时处于热塑性状态下进行连接；此外，通过在搅拌针退出金属的过程中，分别对搅拌针的轴向运动以及搅拌针和轴肩的高速旋转运动进行控制，使塑形金属回填到由于搅拌针退出而留下的匙孔中，避免在焊缝中生成匙孔，从而提高焊缝处的连接强度与美观度。

附图说明

图1为本实用新型所述的搅拌摩擦焊装置的结构简图一；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为图1中B处的局部放大图；

图4为为本实用新型所述的搅拌摩擦焊装置的结构简图二。

附图标记说明：

1-电动缸；11-输出杆；12-轴承座连接件；121-轴承座；1211-上轴承座；1212-下轴承座；1213-轴承座拉紧螺栓；122-轴承；123-螺母；2-空心电主轴；3-搅拌头套装；31-搅拌针；32-轴肩；33-花键轴；34-轴肩固定块；4-机座；41-电动缸撑座。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

为解决目前的搅拌摩擦焊装置进行焊接后，在焊缝处留有匙孔的问题，本实用新型提供一种搅拌摩擦焊装置，参见图1、图2所示，该搅拌摩擦焊装置包括轴向位移驱动装置、旋转驱动装置以及搅拌头套件3，其中，搅拌头套件3用于在焊接过程中与工件接触，对工件进行焊接；具体的，搅拌头套件3包括搅拌针31，以及设置于搅拌针31外部的轴肩32；搅拌针31与轴肩32滑动连接；旋转驱动装置与搅拌针31以及轴肩32均相连，用于驱动搅拌针31以及轴肩32进行转动；轴向位移驱动装置与搅拌针31相连，用于驱动搅拌针31进行轴向运动。

在使用本申请提供的搅拌摩擦焊装置进行焊接过程中，通过旋转驱动装置驱动搅拌针31以及轴肩32高速旋转，同时通过轴向位移驱动装置驱动搅拌针31进行轴向运动；其中，本申请中的轴向运动具体是指沿搅拌针31的轴向方向的运动；由于本申请中的搅拌针31与轴肩32为分体设计，二者之间滑动连接，因此，在焊接过程中可以控制搅拌针31与轴肩32在轴向上相对运动，从而通过控制搅拌针31与轴肩32作用于工件上的时间，来避免在焊缝上留下匙孔。

具体的，该搅拌摩擦装置可通过如下方法对工件进行焊接，避免在焊缝上生成匙孔：

S1：焊接开始阶段，装夹好两种不同的金属板，高熔点金属在上层，低熔点金属在下层，搅拌针31与轴肩32的下端面保持齐平；

S2：上层金属软化阶段，通过旋转驱动装置驱动搅拌针31与轴肩32同步高速旋转，并使搅拌针31与轴肩32整体下降，当搅拌针31与轴肩32的下端面接触上层高熔点金属并下压入一定量后，上层高熔点金属受摩擦热软化，由于搅拌针31不伸出，下层低熔点金属只受到上层高熔点金属一定量的热传导，相当于对下层低熔点金属预热；

S3：搅拌针31进入下层金属阶段，当上层高熔点金属受热呈热塑性状态后，通过轴向位移驱动装置驱动搅拌针31从轴肩32中伸出，并插入下层低熔点金属，下层低熔点金属受到搅拌针31剧烈的搅拌摩擦作用，热量陡增，呈热塑性状态；

S4：塑性金属流动混合阶段，维持步骤S3一定时间后，由于搅拌针31与轴肩32共同的搅拌与顶锻作用，上层高熔点金属与下层低熔点金属进行充分的塑性流动与混合；此步骤还可以通过加入冷却水或其他强制冷却方式以防下层低熔点金属过热；

S5：搅拌针回抽阶段，经过步骤S4，两种金属已得到充分塑性流动与混合，此时通过轴向位移驱动装置驱动搅拌针31回抽直至回到步骤S2的状态，并保压一定时间，在搅拌针31退出金属的过程中，塑性金属持续受到轴肩32的挤压，使塑形金属回填到由于搅拌针31退出而留下的匙孔中；

S6：焊接结束阶段，搅拌针31与轴肩32同时抬起离开工件，高熔点金属与低熔点金属形成无匙孔的牢靠搅拌摩擦焊点焊接头，点焊过程结束。

本申请提供的搅拌摩擦焊装置，将搅拌针31与轴肩32设置为分体结构，并使搅拌针31与轴肩32滑动连接，在焊接过程中，通过分别控制搅拌针31与轴肩32作用于需要焊接的两种金属上的时间，分别对两种金属在焊接过程中的热输入量进行控制，从而实现两种金属在同时处于热塑性状态下进行连接；此外，通过在搅拌针31退出金属的过程中，分别对搅拌针31的轴向运动以及搅拌针31和轴肩32的高速旋转运动进行控制，使塑形金属回填到由于搅拌针31退出而留下的匙孔中，避免在焊缝中生成匙孔，从而提高焊缝处的连接强度与美观度。

为便于将搅拌针31与轴向位移驱动装置相连，参见图2所示，本申请中的搅拌头套件3还包括花键轴33，该花键轴33的底端与搅拌针31固定连接；花键轴33的顶端与轴向位移驱动装置轴承连接。

轴向位移驱动装置在焊接过程中用于提供轴向位移；花键轴33的顶端与轴向位移驱动装置相连，底端与搅拌针31相连，在进行焊接过程中，通过轴向位移驱动装置运行，驱动花键轴33沿搅拌针31的轴向进行上下运动；花键轴33在进行上下运动的同时，带动与之相连的搅拌针31进行上下运动。

由于搅拌焊接装置对工件进行焊接是通过搅拌针31以及轴肩32的高速旋转来实现的，为使得搅拌针31在进行上下运动的同时能够高速旋转，本申请中花键轴33的顶端与轴向位移驱动装置轴承连接，以便于花键轴33在上下运动的同时，能够在旋转驱动装置的驱动下进行高速旋转。

旋转驱动装置用于驱动搅拌针31以及轴肩32进行高速旋转，为保证搅拌摩擦焊过程需要的大转速与大扭矩，本申请中的旋转驱动装置包括空心电主轴2；该空心电主轴2为空心结构，花键轴33设置于该空心电主轴2的内部；空心电主轴2与花键轴33通过花键连接；具体的，花键轴33的外壁上设置有外花键，空心电主轴2的内壁上设置有与花键轴33外壁上的外花键相适配的内花键；通过内花键与外花键相配合，实现空心电主轴2与花键轴33的花键连接，以便于在空心电主轴2旋转的同时驱动花键轴33进行旋转，从而通过花键轴33的旋转来实现与之相连的搅拌针33的高速旋转；为提高空心电主轴2与花键轴33旋转过程的稳定性，本申请优选花键轴33的轴心与空心电主轴2的轴心位置重合，以实现二者的同轴旋转。

本申请中空心电主轴2与花键轴33沿空心电主轴2的轴向滑动连接；即空心电主轴2内壁上的内花键与花键轴33外壁上的外花键之间可沿空心电主轴2的轴向进行滑动；为便于空心电主轴2与花键轴33之间的轴向滑动，本申请优选内花键与外花键的连接面均为镜面。

进一步的，轴肩32与空心电主轴2固定连接，以便于空心电主轴2高速旋转的同时，驱动轴肩32进行高速旋转。又因空心电主轴2与花键轴33通过花键连接，且花键轴33与搅拌针31固定连接，从而空心电主轴2高速旋转过程中，能够同时驱动轴肩32与搅拌针31进行高速旋转。

为提高轴肩32与空心电主轴2之间的连接强度，本申请搅拌头套件3还包括轴肩固定块34，轴肩32通过轴肩固定块34与空心电主轴2相连。其中轴肩固定块34与空心电主轴2的连接方式、轴肩固定块34与轴肩32的连接方式均可以为焊接连接，也可以为通过紧固件连接；为便于拆装，本申请优选轴肩固定块34与空心电主轴2通过紧固件连接。

通过设置轴肩固定块34，使得轴肩32通过改轴肩固定块34与空心电主轴2相连，在提高轴肩32与空心电主轴2的连接强度的同时，还有利于通过该轴肩固定块34来对轴肩32的下端面与空心电主轴2的下端面之间的距离进行调节，从而使得该搅拌摩擦焊装置适用于对不同规格的工件进行焊接，扩大了该搅拌摩擦焊装置的应用范围。

轴向位移驱动装置用于为搅拌针31进行轴向运动，为保证搅拌针31轴向运动时的驱动力足够大，本申请优选轴向位移驱动装置包括电动缸1，花键轴33的顶端与电动缸1的输出杆11通过轴承座连接件12相连。

通过以电动缸1作为轴向位移驱动装置，有利于增加搅拌针31轴向运动时的驱动力，从而能够解决因塑性金属填充在搅拌针31与轴肩32之间而导致的搅拌针31被塞死无法移动的问题，保证搅拌摩擦焊装置的正常运行。

将花键轴33的顶端与电动缸1的输出杆11通过轴承座连接件12相连，以实现花键轴33与输出杆11的轴承连接；具体的，轴承座连接件12包括轴承座121、设置于轴承座121内的轴承122，其中轴承座121与电动缸1的输出杆11固定连接，花键轴33的顶端与轴承122固定连接。

搅拌摩擦焊装置运行过程中，空心电主轴2高速旋转的同时，带动与该空心电主轴2通过花键连接的花键轴33高速旋转；同时，由于该花键轴33的顶端与输出杆11通过轴承连接件12相连，电动缸1运行，带动花键轴33沿空心电主轴2的轴向进行轴向运动；因此，该花键轴33运行过程中同时受到空心电主轴2以及电动缸1的驱动；由于花键轴33与空心电主轴2的轴向滑动连接，因此，花键轴33在高速旋转过程中受到电动缸1的驱动作用时，能够在空心电主轴2内进行旋转的同时，沿空心电主轴2的轴向进行运动；同样，由于花键轴33的顶端与输出杆11通过轴承连接，在花键轴33沿空心电主轴2的轴向运动的过程中受到空心电主轴2的驱动作用时，能够通过轴承实现旋转，从而实现花键轴33空心电主轴2内进行高速旋转的同时，能够沿空心电主轴2的轴向进行运动，即能够对花键轴33的旋转和轴向运动分别进行控制，进而实现在焊接过程中，搅拌针31与轴肩32进行高速旋转的同时，对搅拌针31的进给进行精确控制，不仅可以避免在焊缝中留有匙孔，还有利于通过控制搅拌针31的进给使得该搅拌摩擦焊装置能够用于对多种金属进行焊接，扩大搅拌摩擦焊装置的使用范围。

具体的，参见图3所示，本申请中轴承座121包括上轴承座1211和下轴承座1212，其中上轴承座1211与电动缸1的输出杆11固定连接；轴承122设置于下轴承座1212内，上轴承座1211与下轴承座1212通过轴承座拉紧螺栓1213相连。

通过将轴承座121设置为上轴承座1211与下轴承座1212相连的方式，有利于降低搅拌摩擦焊装置的拆装难度。

为使得花键轴33在高速旋转的同时能够沿空心电主轴2的轴向进行运动，本申请中花键轴33与安装于下轴承座1212内的轴承33固定连接；其中花键轴33与轴承122通过螺母123相连，参见图3所示，通过在花键轴33的顶端设置螺纹，将轴承122安装于下轴承座1212中后，花键轴33穿过轴承122后，将相应的螺母123安装于花键轴33的顶端，通过螺母123压紧轴承122，将花键轴33固定于下轴承座1212内。

本申请优选轴承122为角接触轴承。

为便于对旋转驱动装置以及轴向位移驱动装置进行固定，参见图1、图4所示，本申请提供的搅拌摩擦焊装置还包括机座4，旋转驱动装置安装于机座4上；机座4的顶部设置有电动缸撑座41，轴向位移驱动装置通过电动缸撑座41与机座4固定连接。

对于本申请而言，即为空心电主轴2安装于机座4上；机座4的顶部设置有电动缸撑座41，电动缸1通过电动缸撑座41与机座4固定连接。

本实用新型提供的搅拌摩擦焊装置，零件数量少，结构简单，可靠性高，运行过程中故障率低，易拆装维护；通过空心电主轴2、花键轴33以及电动缸1之间的相互配合，能够在搅拌针31与轴肩32高速旋转过程中实现搅拌针31与轴肩32的相对轴向运动，便于控制且控制精确度高，能够通过对搅拌针31与轴肩32的精确相对轴向运动来避免在焊缝中留有匙孔，从而提高焊接质量。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种搅拌摩擦焊装置，其特征在于，包括轴向位移驱动装置、旋转驱动装置以及搅拌头套件(3)，其中，

所述搅拌头套件(3)包括搅拌针(31)，以及设置于所述搅拌针(31)外部的轴肩(32)；所述搅拌针(31)与所述轴肩(32)滑动连接；

所述旋转驱动装置与所述搅拌针(31)以及所述轴肩(32)均相连，用于驱动所述搅拌针(31)以及所述轴肩(32)进行转动；

所述轴向位移驱动装置与所述搅拌针(31)相连，用于驱动所述搅拌针(31)进行轴向运动。

2.如权利要求1所述的搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述搅拌头套件(3)还包括花键轴(33)，所述花键轴(33)的底端与所述搅拌针(31)固定连接；所述花键轴(33)的顶端与所述轴向位移驱动装置轴承连接。

3.如权利要求2所述的搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述旋转驱动装置包括空心电主轴(2)；所述花键轴(33)设置于所述空心电主轴(2)的内部，所述空心电主轴(2)与所述花键轴(33)通过花键连接，且所述空心电主轴(2)与所述花键轴(33)沿所述空心电主轴(2)的轴向滑动连接；所述轴肩(32)与所述空心电主轴(2)固定连接。

4.如权利要求3所述的搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述搅拌头套件(3)还包括轴肩固定块(34)，所述轴肩(32)通过所述轴肩固定块(34)与所述空心电主轴(2)相连。

5.如权利要求2所述的搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述轴向位移驱动装置包括电动缸(1)，所述花键轴(33)的顶端与所述电动缸(1)的输出杆(11)通过轴承座连接件(12)相连。

6.如权利要求5所述的搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述轴承座连接件(12)包括轴承座(121)、设置于所述轴承座(121)内的轴承(122)，其中所述轴承座(121)与所述电动缸(1)的输出杆(11)固定连接，所述花键轴(33)的顶端与所述轴承(122)固定连接。

7.如权利要求6所述的搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述轴承座(121)包括上轴承座(1211)和下轴承座(1212)，所述上轴承座(1211)与所述电动缸(1)的输出杆(11)固定连接；所述轴承(122)设置于所述下轴承座(1212)内，所述上轴承座(1211)与所述下轴承座(1212)通过轴承座拉紧螺栓(1213)相连。

8.如权利要求6所述的搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述花键轴(33)与所述轴承(122)通过螺母(123)相连。

9.如权利要求6所述的搅拌摩擦焊装置，其特征在于，所述轴承(122)为角接触轴承。

10.如权利要求1～9任一项所述的搅拌摩擦焊装置，其特征在于，还包括机座(4)，所述旋转驱动装置安装于所述机座(4)上；所述机座(4)的顶部设置有电动缸撑座(41)，所述轴向位移驱动装置通过所述电动缸撑座(41)与所述机座(4)固定连接。

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