CN220943657U - 一种摩擦焊接装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种摩擦焊接装置，包括第一旋转设备、第一待焊接工件、磁场设备、第二待焊接工件和第二旋转设备；第一待焊接工件的一端与第一旋转设备连接；第二待焊接工件的一端与第二旋转设备连接；磁场设备的结构为中空结构；第一待焊接工件的另一端作为待焊接面与第二待焊接工件作为待焊接面的另一端相抵，并穿过磁场设备的中心部位；第一旋转设备被配置为带动第一待焊接工件沿其轴心转动；第二旋转设备被配置为带动第二待焊接工件沿其轴心转动。解决了目前从常温旋转到温度达到焊接要求的过程，不仅需要消耗大量的能源，而且效率相对较低的问题。

Description

一种摩擦焊接装置

技术领域

本申请涉及超导磁体技术领域，尤其涉及一种摩擦焊接装置。

背景技术

摩擦焊是指利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，使工件在压力作用下产生塑性变形而进行焊接的方法。在压力作用下，是在恒定或递增压力以及扭矩的作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动在摩擦面及其附近区域产生摩擦热和塑形变形热，使及其附近区域温度上升到接近但一般低于熔点的温度区间，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，在顶锻压力的作用下，伴随材料产生塑性变形及流动，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。

在传统的摩擦焊接工艺中，两个待焊接工件通过快速旋转，在接触面产生摩擦，从而逐渐升温。当接触面的温度达到一定的焊接要求时，焊接行为开始。随着摩擦的持续进行，温度不断上升，最终实现工件的完全焊接。

然而，这种从常温旋转到温度达到焊接要求的过程，不仅需要消耗大量的能源，而且效率相对较低。因为在这个过程中，热量需要先从接触摩擦面逐渐传递到工件的外部和内部，这种热传导过程不仅耗时，而且会造成能量的损失。

实用新型内容

本申请提供了一种摩擦焊接装置，解决了目前从常温旋转到温度达到焊接要求的过程，不仅需要消耗大量的能源，而且效率相对较低的问题。

本申请提供了一种摩擦焊接装置，包括第一旋转设备、第一待焊接工件、磁场设备、第二待焊接工件和第二旋转设备；所述第一待焊接工件的一端与所述第一旋转设备连接；所述第二待焊接工件的一端与所述第二旋转设备连接；所述磁场设备的结构为中空结构；所述第一待焊接工件的另一端作为待焊接面与所述第二待焊接工件作为待焊接面的另一端相抵，并穿过所述磁场设备的中心部位；所述第一旋转设备被配置为带动所述第一待焊接工件沿其轴心转动；所述第二旋转设备被配置为带动所述第二待焊接工件沿其轴心转动。

在一种可能的实现方式中，所述磁场设备为超导磁体或常导磁体。

在一种可能的实现方式中，所述磁场设备的结构为C形或O形。

在一种可能的实现方式中，所述第一待焊接工件和所述第二待焊接工件均为无磁性的金属材料。

在一种可能的实现方式中，所述第一待焊接工件和所述第二待焊接工件均沿自身长度方向水平放置。

在一种可能的实现方式中，所述磁场设备的外围设置有屏蔽层。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请通过引入磁场设备，使得待焊接工件在旋转过程中能够切割磁力线，从而迅速产生热量，实现快速加热至焊接所需温度。这种利用磁场进行加热的方式，不仅提高了焊接效率，还大大降低了电能消耗，实现了节能效果。磁场设备的中空结构设计，使得待焊接工件能够轻松穿过其中心部位，保证了焊接过程的顺利进行。同时，这种设计也使得磁场设备能够适应不同尺寸和形状的待焊接工件，提高了装置的通用性和灵活性。第一旋转设备和第二旋转设备的配置，使得两个待焊接工件能够同步旋转，保证了焊接面的均匀受热和接触，从而提高了焊接质量和稳定性。这种旋转焊接方式还能够在一定程度上减少焊接过程中的氧化和杂质生成，进一步提升了焊接质量。解决了目前从常温旋转到温度达到焊接要求的过程，不仅需要消耗大量的能源，而且效率相对较低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的摩擦焊接装置的示意图；

图2为本申请实施例提供的沿图1中A-A方向的摩擦焊接装置的示意图；

附图标记：1-第一旋转设备；2-第一待焊接工件；3-磁场设备；4-第二待焊接工件；5-第二旋转设备。

具体实施方式

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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申请实施例和简化描述，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申请的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本申请实施例提供的摩擦焊接装置的示意图，如图1所示，该摩擦焊接装置包括第一旋转设备1、第一待焊接工件2、磁场设备3、第二待焊接工件4和第二旋转设备5。第一待焊接工件2的一端与第一旋转设备1连接。第二待焊接工件4的一端与第二旋转设备5连接。磁场设备3的结构为中空结构，磁场设备3的结构为C形或O形，磁场设备3为超导磁体或常导磁体。

图2为本申请实施例提供的沿图1中A-A方向的摩擦焊接装置的示意图，如图2所示，磁场设备3的结构为中空结构，这种设计方式不仅优化了磁场分布，还使得待焊接工件能够顺利穿过。

具体地，当采用超导磁体时，其磁场强度具备高度可调性，磁场强度范围可在0至2特斯拉之间灵活调整，根据具体焊接需求或待焊接零件的尺寸要求，磁场强度甚至可超过或低于2特斯拉，这种可调性确保了装置能够适应多种不同的焊接场景。在制冷方式上，超导磁体可采用直冷型或零挥发型，直冷型利用制冷剂直接进行冷却，而零挥发型则采用无挥发性的冷却介质。这两种制冷方式都能够确保超导磁体稳定地工作在超导状态，从而保证其高效、稳定的磁场输出。磁场设备3采用C形结构，这种设计不仅优化了磁场分布，还极大地方便了待焊接零件的装配过程。此外，还可以为其他形式的结构，如O形等，能够满足磁场分布和装配需求，本申请不以上述的磁场设备3结构为限制。需要进行说明的是，为确保超导磁体在运作时的安全性与稳定性，其设计必须充分考虑漏场控制。具体而言，对于距离超导磁体500mm范围内的区域，漏场强度需严格控制在200Gs以内，以保障周边设备和人员的安全操作。同时，为避免可能的磁场干扰和安全隐患，非超导磁体设备的布置位置应确保距离超导磁体大于500mm。这样的设计布局不仅优化了磁场分布，还提高了整个装置的安全性和工作效率。

进一步地，如果选择常导磁体作为磁场设备3，该装置同样能够实现有效的焊接过程。常导磁体虽然与超导磁体在原理和特性上有所不同，但其稳定的磁场输出仍能满足多数焊接需求。常导磁体由铝或铜导线按特定规律缠绕成几组圆筒状的线圈构成，在通电后即可产生磁场。尽管其磁场强度相较于超导磁体可能较低，但对于许多常见的焊接任务而言，常导磁体已经足够满足需求。与超导磁体相比，常导磁体不需要复杂的制冷设备和绝热设备，因此其制造成本和维护成本相对较低。此外，常导磁体的操作和维护也相对简单。在选择常导磁体时，同样可以考虑其磁场强度的调整范围，以确保其能够适应不同尺寸和材料的待焊接零件。同时，常导磁体的结构也可以设计为C形或O形等多种形式，以便于装配待焊接工件并优化磁场分布。需要进行说明的是，常导磁体在设计和使用时，虽然不像超导磁体那样需要特别关注漏场控制（因为常导磁体的磁场强度通常较低，且衰减较快），但同样需要确保周边设备和人员的安全操作。特别是当常导磁体产生的磁场可能对附近设备或人员造成潜在影响时，应适当考虑其磁场分布和强度。

具体地，第一待焊接工件2的另一端作为待焊接面与第二待焊接工件4作为待焊接面的另一端相抵，并穿过磁场设备3的中心部位。第一旋转设备1被配置为带动第一待焊接工件2沿其轴心转动。第二旋转设备5被配置为带动第二待焊接工件4沿其轴心转动。

进一步地，第一待焊接工件2的待焊接面与第二待焊接工件4待焊接面相抵的设置方式使得两个工件的待焊接部分能够紧密接触，为后续的焊接过程创造了有利条件。更为重要的是，这两个相抵的待焊接面需要穿过磁场设备3的中心部位。这样的设置使得待焊接部分能够充分暴露于磁场之中，并且当工件旋转时，磁场设备3已经处于要求的磁场强度状态，从而确保焊接过程中磁场能够发挥最大的效用。此外，第一旋转设备1和第二旋转设备5在装置中扮演着驱动者的角色。第一旋转设备1被配置为带动第一待焊接工件2沿其轴心转动，而第二旋转设备5则被配置为带动第二待焊接工件4进行同样的旋转运动。这种旋转运动不仅有助于待焊接面的均匀接触，还能够促进焊接过程中的热量分布，从而提高焊接质量和效率。

具体地，第一待焊接工件2和第二待焊接工件4均为无磁性的金属材料，如铝、铜、钛合金等材料。无磁性的金属材料具有一系列优势，使得它们成为焊接过程中的理想选择。首先，这些材料不会受到磁场设备3的干扰，从而保证了焊接过程中的稳定性和精确性。其次，它们的热传导性能优良，有助于焊接过程中热量的均匀分布，提高了焊接质量。最后，这些材料通常具有较好的机械性能，能够满足各种焊接需求。在实际应用中，根据待焊接工件的具体要求和使用环境，可以选择适合的无磁性金属材料。例如，铝材料轻便且耐腐蚀，适用于某些对重量和耐腐蚀性有要求的焊接场景；铜材料导电性能优良，适用于需要良好导电性的焊接应用；而钛合金则具有高强度和轻质的特点，适用于对强度和重量有较高要求的焊接任务。

具体地，第一待焊接工件2和第二待焊接工件4均沿自身长度方向水平放置。这种设置方式不仅有助于工件在焊接过程中的稳定支撑，还能够确保磁场设备3产生的磁场能够均匀作用于待焊接面，提高焊接质量。水平放置还有助于减少焊接过程中的振动和偏移，进一步保证焊接的精确性和稳定性。

具体地，磁场设备3的外围设置有屏蔽层。为了确保磁场设备3在工作时不会对周边环境产生不良影响，同时保护操作人员免受磁场干扰或潜在危害，磁场设备3的外围特别设置了屏蔽层。屏蔽层的主要作用是有效地隔离和减弱磁场设备3产生的磁场，防止其外泄到设备外部。这样不仅能够保证设备周围的电磁环境安全，还可以防止磁场对其他设备或人员造成不必要的干扰或伤害。屏蔽层通常由导电材料制成，具有良好的电磁屏蔽性能。它紧密地包裹在磁场设备3的外部，形成一个封闭的屏蔽空间，从而有效地阻止磁场的扩散。屏蔽层的设置还提升了整个装置的安全性和可靠性。它减少了磁场设备3因外界干扰而发生故障的风险，同时也为操作人员提供了一个更加安全的工作环境。

本申请的焊接方法如下。当然，也可以有其他焊接方法，本申请不以此焊接方法为限制。

（1）将第一待焊接工件2的一端装配在第一旋转设备1上，将第二待焊接工件4的一端装配在第二旋转设备5上。

（2）启动磁场设备3，给磁场设备3加电励磁直至达到要求的磁场。其中，磁场设备3可以为超导磁体或常导磁体。

（3）同时启动第一旋转设备1和第一旋转设备1，使第一待焊接工件2和第一待焊接工件2均以适当的速度快速旋转，在旋转过程中，工件切割磁力线，同时两个工件相互摩擦产生热量。

（4）通过快速旋转切割磁力线迅速在两个工件内部和外部同时产生热量，一旦达到焊接温度，迅速完成焊接行为。

（5）焊接完成后，首先停止磁场设备3，然后停止第一旋转设备1和第二旋转设备5。待设备完全停止后，拆卸已焊接完成的工件，并进行必要的冷却和检查。

（6）换另一组待焊接工件进行焊接。

本申请利用两个待焊接工件在快速旋转状态下，在强磁场中切割磁力线，从而迅速加热至所需温度。通过无级调整磁场大小，可有效调控焊接温度，克服了传统焊接过程中待焊接工件起始温度低、热响应效率慢的缺点。此方法特别适用于大规格尺寸零件的焊接，具有显著优势。在实施过程中，待焊接件在旋转过程中切割磁力线，迅速产生热量，使温度快速上升。这种加热方式大大降低了电能的消耗，同时因为温度上升是通过磁场作用而非直接接触摩擦，还具有环保节能的特点。相比传统的摩擦焊接方法，本申请避免了长时间预热过程，减少了能源消耗，提高了焊接效率。传统摩擦焊接通常涉及两个待焊接工件在一定受力状态下预热至一定温度，然后快速旋转并持续升温，直至接触面达到熔点开始焊接。这一过程不仅能源消耗大，而且效率相对较低。本申请结合了摩擦焊旋转的特点和超导磁场的高效加热能力。通过将待焊接件置于磁场中旋转，利用磁力线切割产生的涡流实现快速加热，提高了加热效率和焊接速度。

本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种摩擦焊接装置，其特征在于，包括第一旋转设备（1）、第一待焊接工件（2）、磁场设备（3）、第二待焊接工件（4）和第二旋转设备（5）；

所述第一待焊接工件（2）的一端与所述第一旋转设备（1）连接；

所述第二待焊接工件（4）的一端与所述第二旋转设备（5）连接；

所述磁场设备（3）的结构为中空结构；

所述第一待焊接工件（2）的另一端作为待焊接面与所述第二待焊接工件（4）作为待焊接面的另一端相抵，并穿过所述磁场设备（3）的中心部位；

所述第一旋转设备（1）被配置为带动所述第一待焊接工件（2）沿其轴心转动；

所述第二旋转设备（5）被配置为带动所述第二待焊接工件（4）沿其轴心转动。

2.根据权利要求1所述的摩擦焊接装置，其特征在于，所述磁场设备（3）为超导磁体或常导磁体。

3.根据权利要求1所述的摩擦焊接装置，其特征在于，所述磁场设备（3）的结构为C形或O形。

4.根据权利要求1所述的摩擦焊接装置，其特征在于，所述第一待焊接工件（2）和所述第二待焊接工件（4）均为无磁性的金属材料。

5.根据权利要求1所述的摩擦焊接装置，其特征在于，所述第一待焊接工件（2）和所述第二待焊接工件（4）均沿自身长度方向水平放置。

6.根据权利要求1所述的摩擦焊接装置，其特征在于，所述磁场设备（3）的外围设置有屏蔽层。