CN212169325U - 一种搅拌摩擦对接焊装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种搅拌摩擦对接焊装置，包括搅拌摩擦焊机构，所述搅拌摩擦焊机构包括搅拌摩擦焊设备、工作台和待焊接工件，所述工作台用于放置和固定待焊接工件，所述待焊接工件包括一号工件和二号工件，所述一号工件与二号工件相互接触形成对接界面，该装置还包括脉冲电流机构和超声振动机构。本实用新型本实用新型通过在待焊接工件区域施加超声振动，以促进焊接过程中的材料软化和塑性流动，而且可以减少搅拌头轴向下压力和转矩，提高焊接速度，提高搅拌头寿命。

Description

一种搅拌摩擦对接焊装置

技术领域

本实用新型属于搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种搅拌摩擦对接焊装置。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种焊接质量高、焊接变形小、焊接过程绿色环保的固相连接技术。常规搅拌摩擦焊需要很大的轴向压力和搅拌头转矩来产生足够的摩擦热和塑性功来软化材料形成焊缝，使其焊接速度低、焊接载荷大、搅拌头磨损严重，尤其是在焊接高强高硬材料时，这种问题变得更加突出。为解决这些问题，人们研发了外加能量辅助搅拌摩擦焊技术，即在常规搅拌摩擦焊的基础上，辅以激光加热、电弧加热、感应加热、电流加热、超声振动等，促进焊接过程中的材料软化和塑性流动。采用各种辅助热源对工件进行局部预热，能有效促进材料软化，但附加热输入过量会导致焊缝热影响区扩大与晶粒粗化。作为一类机械能，超声振动能够在无显著加热的条件下降低金属材料的变形抗力，超声辅助搅拌摩擦焊利用超声振动能够降低金属材料屈服应力和流变应力的特点，将超声施加于搅拌摩擦焊的热-力过程，改善搅拌头附近的塑性材料流动，符合搅拌摩擦焊低碳环保的理念，具有很大的发展潜力。目前，超声振动的施加方式主要有从横向施加于搅拌头、从轴向施加于搅拌头、从侧向施加于工件以及从搅拌头前方施加于工件4种。试验表明，通过直接向搅拌头前方的待焊接工件上施加超声振动能场，能改善焊缝成分，减少或消除焊接缺陷，拓宽焊接工艺参数窗口以及提高接头性能。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的一种搅拌摩擦对接焊装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种搅拌摩擦对接焊装置，包括搅拌摩擦焊机构，所述搅拌摩擦焊机构包括搅拌摩擦焊设备、工作台和待焊接工件，所述工作台用于放置和固定待焊接工件，所述待焊接工件包括一号工件和二号工件，所述一号工件与二号工件相互接触形成对接界面，该装置还包括脉冲电流机构和超声振动机构。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述工作台与待焊接工件之间还设置有绝缘板，所述绝缘板用于隔绝待焊接工件与工作台。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述搅拌摩擦焊设备设置于工作台上方，所述搅拌摩擦焊设备的输出端设置有搅拌头，所述搅拌头设置于所述工作台表面的待焊接工件上方，且所述搅拌头的移动轨迹与待焊接工件的对接界面相互重合，在焊接时能在对接界面处形成焊缝。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述超声振动机构包括超声波发生器，所述超声波发生器的输出端连接有超声换能器，所述超声换能器的输出端设置有超声振幅杆，所述超声振幅杆位于搅拌头移动轨迹的前部，且其头部为半球形，所述超声振幅杆倾斜设置，其与待焊接工件之间的夹角为θ，该夹角θ为15-90°。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述脉冲电流机构包括固定电极组件、滚动电极组件和脉冲电源，所述固定电极组件包括设置于所述待焊接工件对接界面底面的铜板电极，所述铜板电极的底表面包覆有一层弹性绝缘垫。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述滚动电极组件包括设置于待焊接工件上方的调节座，所述调节座的末端设置有滚动电极，所述滚动电极设置于搅拌头的移动轨迹的后部，通过调节调节座，使滚动电极与工件焊接后形成的焊缝接触，并在焊缝所在区域移动；所述脉冲电源的一端与滚动电极连接，另一端与铜板电极连接。

本实用新型的有益效果在于：

1)本实用新型通过在待焊接工件区域施加超声振动，以促进焊接过程中的材料软化和塑性流动，而且可以减少搅拌头轴向下压力和转矩，提高焊接速度，提高搅拌头寿命；

2)本实用新型中的超声振动操作与激光加热、电弧加热、感应加热等外加热源辅助搅拌摩擦焊相比，超声振动搅拌摩擦焊为机械能辅助搅拌摩擦焊，不仅具有能量转化率高、辅助效果好等优点，而且避免了双重热循环，工艺可控性更好；

3)本实用新型通过对焊缝施加大电流脉冲电流，能够细化焊缝组织，降低残余应力，提高焊件质量；

4)本实用新型结构简单，稳定性高，设计合理，便于实现，且使用范围广，即可用于铝合金、镁合金等低熔点、低硬度金属的焊接，也可用于钢、钛等高强度、高熔点异种材料的焊接。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图中：1、绝缘板；2、一号工件；3、二号工件；4、搅拌头；5、超声波发生器；6、调节座；11、弹性绝缘垫；12、铜板电极；13、脉冲电源；51、超声换能器；52、超声振幅杆；61、滚动电极。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

实施例1

如图1所示，一种搅拌摩擦对接焊装置，包括搅拌摩擦焊机构、脉冲电流机构和超声振动机构，所述搅拌摩擦焊机构包括搅拌摩擦焊设备、工作台和待焊接工件，所述工作台用于放置和固定待焊接工件，所述待焊接工件包括一号工件2和二号工件3，所述一号工件2与二号工件3相互接触形成对接界面；所述搅拌摩擦焊设备设置于工作台上方，所述搅拌摩擦焊设备的输出端设置有搅拌头4，所述搅拌头4设置于所述工作台表面的待焊接工件上方，且所述搅拌头4的移动轨迹与待焊接工件的对接界面相互重合，在焊接时能在对接界面处形成焊缝，便于将待焊接工件紧密连接为一体。

所述工作台与待焊接工件之间还设置有绝缘板1，所述绝缘板1用于隔绝待焊接工件与工作台。

所述超声振动机构包括超声波发生器5，所述超声波发生器5的输出端连接有超声换能器51，所述超声换能器51的输出端设置有超声振幅杆52，所述超声振幅杆52位于搅拌头4移动轨迹的前部，且其头部为半球形，所述超声振幅杆52倾斜设置，其与待焊接工件之间的夹角为θ，该夹角θ为15-90°，通过在搅拌头4移动轨迹的前部设置超声振动机构，对待焊接区域施加超声振动，可以促进焊接过程中的工件内部材料的软化和塑性流动，而且可以减少搅拌头4轴向下压力和转矩，提高焊接速度，延长搅拌头4寿命；此外，与激光加热、电弧加热、感应加热等外加热源辅助搅拌摩擦焊相比，超声振动搅拌摩擦焊为机械能辅助搅拌摩擦焊，不仅具有能量转化率高、辅助效果好等优点，而且避免了双重热循环，工艺可控性更好。

所述脉冲电流机构包括固定电极组件、滚动电极组件和脉冲电源13，所述固定电极组件包括设置于所述待焊接工件对接界面底面的铜板电极12，所述铜板电极12的底表面包覆有一层弹性绝缘垫11，以保证铜板电极12与待焊接工件及绝缘板1之间的良好接触。所述滚动电极组件包括设置于待焊接工件上方的调节座6，所述调节座6的末端设置有滚动电极61，所述滚动电极61设置于搅拌头4的移动轨迹的后部，通过调节调节座6，使滚动电极61与工件焊接后形成的焊缝接触，并在焊缝所在区域移动；所述脉冲电源13的一端与滚动电极61连接，另一端与铜板电极12连接，使铜板电极12与滚动电极61之间形成通路，并对焊缝施加脉冲电流，可以有效细化焊缝组织，降低残余应力，提高工件的质量。

需要说明的是，所述待焊接工件可以是铝合金、镁合金等低熔点低硬度金属材料，也可以是钢、钛等高强度高熔点异种材料。

上述搅拌摩擦对接焊装置在具体使用时，包括以下步骤：

步骤S1：在工作台表面依次放置并固定绝缘板1、弹性绝缘垫11铜板电极12和待焊接工件，调节搅拌头4、超声振动机构及脉冲电流机构在待焊接工件上的位置；

步骤S2：调节搅拌摩擦焊设备、超声振动机构及脉冲电流机构的工艺参数；

步骤S3：启动超声振动机构、脉冲电流机构和搅拌摩擦焊设备，搅拌头4在一定的轴向下压力下旋转，沿待焊接工件的对接界面方向进行相对进给运动，对工件进行搅拌摩擦焊，对搅拌头4前部的对接界面进行超声振动，对搅拌头4后部形成的焊缝进行脉冲电流作用，最终完成工件的焊接操作。

需要说明的是，所述步骤S1中，待焊接工件的厚度δ＝2-15mm，所述超声振动机构中的超声振幅杆52的头部与待焊接工件相互压紧，其与搅拌头4之间的距离L1＝15-40mm，所述脉冲电流机构中的滚动电极61与搅拌头4之间的距离L2＝20-40mm。

所述步骤S2中的超声振动机构的参数设定为：振动频率为f1＝20-80kHZ，振幅A＝10-50μm；所述脉冲电流机构的参数设定为：脉冲电流为矩形方波，脉冲电流均值I＝500-2500A，脉冲宽度为η＝50-5000μs，脉冲频率为f2＝40-4000Hz。

所述步骤S3中的搅拌头4受到的轴向下压力F＝4000-20000N，搅拌头4旋转方向为顺时针，转速n＝400-1200r·min^-1，焊接速度为v＝5-60mm·min^-1。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种搅拌摩擦对接焊装置，包括搅拌摩擦焊机构，所述搅拌摩擦焊机构包括搅拌摩擦焊设备、工作台和待焊接工件，所述工作台用于放置和固定待焊接工件，所述待焊接工件包括一号工件(2)和二号工件(3)，所述一号工件(2)与二号工件(3)相互接触形成对接界面，其特征在于：该装置还包括脉冲电流机构和超声振动机构。

2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦对接焊装置，其特征在于：所述工作台与待焊接工件之间还设置有绝缘板(1)，所述绝缘板(1)用于隔绝待焊接工件与工作台。

3.根据权利要求2所述的一种搅拌摩擦对接焊装置，其特征在于：所述搅拌摩擦焊设备设置于工作台上方，所述搅拌摩擦焊设备的输出端设置有搅拌头(4)，所述搅拌头(4)设置于所述工作台表面的待焊接工件上方，且所述搅拌头(4)的移动轨迹与待焊接工件的对接界面相互重合，在焊接时能在对接界面处形成焊缝。

4.根据权利要求3所述的一种搅拌摩擦对接焊装置，其特征在于：所述超声振动机构包括超声波发生器(5)，所述超声波发生器(5)的输出端连接有超声换能器(51)，所述超声换能器(51)的输出端设置有超声振幅杆(52)，所述超声振幅杆(52)位于搅拌头(4)移动轨迹的前部，且其头部为半球形，所述超声振幅杆(52)倾斜设置，其与待焊接工件之间的夹角为θ，该夹角θ为15-90°。

5.根据权利要求3所述的一种搅拌摩擦对接焊装置，其特征在于：所述脉冲电流机构包括固定电极组件、滚动电极组件和脉冲电源(13)，所述固定电极组件包括设置于所述待焊接工件对接界面底面的铜板电极(12)，所述铜板电极(12)的底表面包覆有一层弹性绝缘垫(11)。

6.根据权利要求5所述的一种搅拌摩擦对接焊装置，其特征在于：所述滚动电极组件包括设置于待焊接工件上方的调节座(6)，所述调节座(6)的末端设置有滚动电极(61)，所述滚动电极(61)设置于搅拌头(4)的移动轨迹的后部，通过调节调节座(6)，使滚动电极(61)与工件焊接后形成的焊缝接触，并在焊缝所在区域移动；所述脉冲电源(13)的一端与滚动电极(61)连接，另一端与铜板电极(12)连接。

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