一種渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置及操作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置及操作方法，其主要包括渦旋擠壓桿、擠壓模靴、渦旋托輪、擠壓托環(huán)和鎖緊螺母，其中擠壓模靴套設(shè)在渦旋擠壓桿的外周，且與渦旋擠壓桿形成松配合，并與機(jī)架的非旋轉(zhuǎn)主體連接；擠壓托環(huán)套設(shè)在渦旋托輪的外周，渦旋托輪設(shè)置在待接合物體的下方，其中部具有穿孔，設(shè)置于渦旋擠壓桿端部的渦旋擠壓針穿出穿孔，通過所述鎖緊螺母固定；渦旋擠壓桿與機(jī)架的旋轉(zhuǎn)主軸連接，由其驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)。擠壓模靴的底部和擠壓托環(huán)的頂部設(shè)置有與待接合物體的所需接合面曲率相吻合的曲面工作帶，其抵頂在待接合物體的接合縫處，所述渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置與待接合物體沿接合縫進(jìn)行相對運(yùn)動(dòng)，直至接合完成。
【專利說明】一種渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置及操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及連續(xù)擠壓技術(shù)和攪拌摩擦焊【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]管材廣泛應(yīng)用于電氣、石化、空分以及其他諸多領(lǐng)域，管材的制造中很多是將板材卷成直縫或螺旋縫的管坯，然后將管縫焊接起來制成管材，所以先進(jìn)的焊接技術(shù)直接關(guān)系到管材的生產(chǎn)效率和品質(zhì)。
[0003]英國B abcock線材設(shè)備公司和CONFORM連續(xù)擠壓技術(shù)是利用旋轉(zhuǎn)的擠壓輪上的溝槽通過摩擦力將鋁桿連續(xù)不斷的帶入擠壓環(huán)，通過工具間的摩擦，特別是鋁桿塑性變形的內(nèi)摩擦產(chǎn)生的變形熱，使溫度升高，從而使金屬軟化，變得易于被擠壓，更易于重新粘結(jié)，被推擠進(jìn)入模具后，在模具的焊合腔內(nèi)重新焊合成制品的大致相似形狀，經(jīng)模孔工作帶擠出，形成了各種直徑的管材和不同形狀的型材。
[0004]1990年英國TWI公司開發(fā)的攪拌摩擦焊接技術(shù)在近幾年，尤其是今年得到了廣泛應(yīng)用，其原理也是利用旋轉(zhuǎn)的攪拌針對工件攪拌產(chǎn)生的熱量，提升金屬溫度達(dá)到軟化和粘連的目地實(shí)現(xiàn)了無焊料焊接工件。
[0005]以上兩種技術(shù)雖然克服了傳統(tǒng)焊接方法容易產(chǎn)生裂紋和氣孔以及焊接后材料性能差等焊接缺陷問題，但均存在各自的弊端，如攪拌摩擦焊焊后焊縫略薄于基體，尤其是曲面焊縫，由于曲率的存在使厚度損失更多，即使在焊縫處先給予厚度補(bǔ)償，但焊縫總是平直的，還是無法得到相同的曲率曲面，更加無法直接去除多余的補(bǔ)償金屬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置及其操作方法，通過設(shè)置渦旋流連續(xù)擠壓系統(tǒng)，通過渦旋擠壓桿的高速旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)產(chǎn)生的塑形變形熱使待接合物體增溫軟化，并推送至焊合腔內(nèi)，連續(xù)堆積產(chǎn)生壓力，從而使待接合物的接合縫處在高溫和壓力作用下完全熔接形成一體，并且通過連續(xù)擠壓能夠大幅度提高結(jié)合部位的接合質(zhì)量和機(jī)械強(qiáng)度。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:
[0008]一種渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置及操作方法，包括:
[0009]機(jī)架，其包括旋轉(zhuǎn)主軸和支撐所述旋轉(zhuǎn)主軸的非旋轉(zhuǎn)主體；
[0010]渦旋流連續(xù)擠壓接合系統(tǒng)，其包括渦旋擠壓桿、擠壓模靴、渦旋托輪、擠壓托環(huán)和鎖緊螺母，其中所述渦旋擠壓桿的第一端由所述旋轉(zhuǎn)主軸驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，而第二端的中部設(shè)置有渦旋擠壓針，所述渦旋擠壓針的截面小于所述渦旋擠壓桿的截面，所述第二端的周緣部形成為臺階面，所述臺階面為表面凹凸不平的齒面，其中，所述渦旋擠壓針插入到待接合物體的接合縫中，而所述臺階面抵頂在待接合物體的接合縫上邊緣處；
[0011]另外，所述擠壓模靴套設(shè)在所述渦旋擠壓桿的外周，且與所述渦旋擠壓桿形成松配合，并與所述機(jī)架的非旋轉(zhuǎn)主體以位置可調(diào)的方式連接；所述渦旋托輪設(shè)置在待接合物體的下方，其中部具有穿孔，所述渦旋擠壓針穿出所述穿孔，通過所述鎖緊螺母固定；所述擠壓托環(huán)套設(shè)在所述渦旋托輪的外周，且與所述渦旋托輪形成松配合。
[0012]優(yōu)選的是，所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置中，所述表面凹凸不平的齒面為多個(gè)首尾相接的傾斜凹槽，每個(gè)凹槽中的凹陷深度沿著凹槽的長度方向變化。
[0013]優(yōu)選的是，所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置中，所述渦旋擠壓針與所述渦旋擠壓桿一體成型，且所述渦旋擠壓針設(shè)置為橫截面為非圓形的柱體，其中心軸線與所述渦旋擠壓桿的中心軸線重合或具有一定偏心量。
[0014]優(yōu)選的是，所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置中，所述擠壓模靴的底部設(shè)置有與待接合物體的所需接合面曲率相吻合的曲面工作帶，且該曲面工作帶抵頂在待接合物體的接合縫上邊緣處；所述擠壓托環(huán)的頂部設(shè)置有與待接合物體的所需接合面曲率相吻合的曲面工作帶，且該曲面工作帶抵頂在待接合物體的接合縫的下邊緣處。
[0015]優(yōu)選的是，所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置中，所述擠壓模靴的底部的所述曲面工作帶與所述渦旋擠壓桿之間的位置處，設(shè)置有焊合腔，并且該焊合腔通過開設(shè)在所述擠壓模靴上的貫通孔與外界貫通，以將多余物料通過貫通孔擠出至外界。
[0016]優(yōu)選的是，所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置中，所述接合縫上邊緣處為增厚邊緣，所述增厚邊緣為待接合物體自身加厚的物料。
[0017]優(yōu)選的是，所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置中，所述擠壓模靴側(cè)面設(shè)置有冷卻裝置，所述冷卻裝置包括冷卻管和冷卻板，所述冷卻板與所述擠壓模靴之間有貫通的縫隙，所述冷卻管穿過該貫通的縫隙形成冷卻通道。
[0018]優(yōu)選的是，所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置中，所述擠壓模靴與所述渦旋擠壓桿相接觸的部位，以及所述渦旋托輪與所述擠壓托環(huán)相接觸的部位均設(shè)置有用于添加潤滑劑的凹槽。
[0019]優(yōu)選的是，所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置的操作方法，其中包括以下步驟:
[0020]步驟一、將待接合的邊緣增厚的物體按照需要固定在生產(chǎn)線上，形成接合縫，在接合縫處鉆出直徑與所述渦旋擠壓桿最大旋轉(zhuǎn)直徑相匹配的鉆孔；
[0021]步驟二、通過移動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)主軸將所述渦旋擠壓桿端部的所述渦旋擠壓針穿過鉆孔，調(diào)節(jié)所述擠壓模靴、擠壓托環(huán)和渦旋托輪的位置，使其與待加工物體曲率相匹配，并通過鎖緊螺母固定；
[0022]步驟三、啟動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)主軸，其驅(qū)動(dòng)所述渦旋擠壓桿及其端部的所述渦旋擠壓桿開始旋轉(zhuǎn)，同時(shí)所述渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置沿所述接合縫與待加工物體形成相對運(yùn)動(dòng)，直至接合完成。
[0023]優(yōu)選的是，所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置的操作方法，其中步驟三中所述渦旋擠壓桿以100?3000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)，所述渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置以10?2000毫米/分鐘的速度沿接合縫與待接合物體相對運(yùn)動(dòng)。
[0024]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置及操作方法，通過設(shè)置渦旋流連續(xù)擠壓接合系統(tǒng)，由渦旋擠壓桿的高速旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)產(chǎn)生的塑形變形熱使待接合物體增溫軟化，并推送至焊合腔內(nèi)，連續(xù)堆積產(chǎn)生壓力，從而使待接合物的接合縫處在高溫和壓力作用下完全熔接形成一體，不僅能夠適用于平面或不同曲率曲面的接合，而且能夠使待接合物品通過熱擠壓加工變形處理后使接合部位產(chǎn)生有益的強(qiáng)度提升，特別適用于制造鋁、鎂及其合金材料圓柱表面的管及球面等容器。其接合面可以是直面，環(huán)面和螺旋面、搭接口等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明所述渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域普通技術(shù)人員參閱本說明書后能夠據(jù)以實(shí)施。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置包括:機(jī)架，其包括旋轉(zhuǎn)主軸I和支撐所述旋轉(zhuǎn)主軸I的非旋轉(zhuǎn)主體；渦旋流連續(xù)擠壓接合系統(tǒng)，其包括渦旋擠壓桿2、擠壓模靴3、渦旋托輪5、擠壓托環(huán)4和鎖緊螺母6，其中所述渦旋擠壓桿2的第一端由所述旋轉(zhuǎn)主軸I驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，而第二端的中部設(shè)置有渦旋擠壓針7，所述渦旋擠壓針7的截面小于所述渦旋擠壓桿2的截面，所述第二端的周緣部形成為臺階面，所述臺階面為表面凹凸不平的齒面，其中，所述渦旋擠壓針7插入到待接合物體9的接合縫中，而所述臺階面抵頂在待接合物體9的接合縫上邊緣處；另外，所述擠壓模靴3套設(shè)在所述渦旋擠壓桿2的外周，且與所述渦旋擠壓桿2形成松配合，并與所述機(jī)架的非旋轉(zhuǎn)主體以位置可調(diào)的方式連接；所述渦旋托輪5設(shè)置在待接合物體9的下方，其中部具有穿孔，所述渦旋擠壓針7穿出所述穿孔，通過所述鎖緊螺母6固定；所述擠壓托環(huán)4套設(shè)在所述渦旋托輪5的外周，且與所述渦旋托輪5形成松配合。
[0028]所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置中，所述表面凹凸不平的齒面為多個(gè)首尾相接的傾斜凹槽，每個(gè)凹槽中的凹陷深度沿著凹槽的長度方向變化，工作時(shí)可形成渦穴和推動(dòng)效應(yīng)，齒面深深咬入待接合物體9內(nèi)部，推擠其流動(dòng)，使被加熱軟化的半熔融狀態(tài)的物體渦狀旋轉(zhuǎn)，上下擾動(dòng)，劇烈變形，產(chǎn)生渦旋流動(dòng)的物體被自身的內(nèi)摩擦變形熱升溫、軟化、融合并擠入焊合腔內(nèi)進(jìn)一步熔接。
[0029]所述渦旋擠壓針7與所述渦旋擠壓桿2 —體成型，且所述渦旋擠壓針7設(shè)置為橫截面為非圓形的柱體，例如可以設(shè)置為三角形或方形，也可以設(shè)置為等對稱或非等對稱形狀，其中心軸線與所述渦旋擠壓桿2的中心軸線重合或具有一定偏心量，所述渦旋擠壓針7與待接合物體9接觸的表面設(shè)置有凹槽，可控制熔化后的待接合物體9的流動(dòng)方向，并增大攪拌摩擦力。
[0030]所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置中，所述擠壓模靴3的底部設(shè)置有與待接合物體9的所需接合面曲率相吻合的曲面工作帶，且該曲面工作帶抵頂在待接合物體9的接合縫上邊緣處；所述擠壓托環(huán)4的頂部設(shè)置有與待接合物體9的所需接合面曲率相吻合的曲面工作帶，且該曲面工作帶抵頂在待接合物體9的接合縫的下邊緣處。
[0031]所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置中，所述擠壓模靴3的底部的所述曲面工作帶與所述渦旋擠壓桿2之間的位置處，設(shè)置有焊合腔，并且該焊合腔通過開設(shè)在所述擠壓模靴3上的貫通孔8與外界貫通，以將多余物料通過貫通孔8擠出至外界，并可作為副產(chǎn)品被推出并收集，實(shí)現(xiàn)入料口進(jìn)入與經(jīng)工作帶流出的物料平衡，同時(shí)保證對接縫接合后得到與基體相同的厚度和形狀。[0032]所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置中，所述接合縫上邊緣處為增厚邊緣，所述增厚邊緣為待接合物體9自身加厚的物料。所述渦旋擠壓針7的穿出所述穿孔的一端具有螺紋，所述鎖緊螺母6旋擰在所述螺紋處，可通過調(diào)節(jié)鎖緊螺母6設(shè)置工作帶的厚度，以適應(yīng)不同厚度的板材。
[0033]所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置中，所述擠壓模靴3與所述渦旋擠壓桿2相接觸的部位，以及所述渦旋托輪5與所述擠壓托4環(huán)相接觸的部位均設(shè)置有用于添加潤滑劑的凹槽，其中可添加干石墨粉或勾兌了變壓器油、硅油等添加劑的半干潤滑劑。
[0034]所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置中，所述擠壓模靴3側(cè)面設(shè)置有冷卻裝置，所述冷卻裝置包括冷卻管11和冷卻板10，所述冷卻板10與所述擠壓模靴3之間有貫通的縫隙，所述冷卻管11穿過該貫通的縫隙形成冷卻通道。通過冷卻裝置，可對高溫工作的擠壓模靴3產(chǎn)生冷卻作用，同時(shí)迅速冷卻剛擠壓成型的接合縫，提高其機(jī)械強(qiáng)度和性能。
[0035]所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置的操作方法，包括以下步驟:
[0036]步驟一、將待加工的板邊增厚的待接合物體9按照需要進(jìn)行接合并固定在生產(chǎn)線上，形成接合縫；例如將板邊增厚的金屬板材制造為圓柱形管材為例，需將其彎卷并使用扭緊裝置夾持在生產(chǎn)線上，保證接合面緊密接觸并控制好管子直徑尺寸，然后在接合縫處鉆出直徑與所述渦旋擠壓針7最大旋轉(zhuǎn)直徑相匹配的鉆孔，其中，使用板邊增厚的金屬板材9目的是保證有充足的材料對接縫進(jìn)行接合，從而保證接合縫與基體相同的厚度和形狀。
[0037]步驟二、通過移動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)主軸1將所述渦旋擠壓針7穿過鉆孔，調(diào)節(jié)所述擠壓模靴3、擠壓托環(huán)4和渦旋托輪5的位置，形成與待加工金屬板材相匹配的工作帶，通過鎖緊螺母6固定；
[0038]步驟三、所述旋轉(zhuǎn)主軸1開始旋轉(zhuǎn)，所述渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置沿接合縫方向移動(dòng)進(jìn)行渦旋流連續(xù)擠壓接合，直至完成。
[0039]所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置的操作方法，其中步驟三中所述渦旋擠壓桿2以100?3000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)，所述渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置以10?2000毫米/分鐘的速度沿接合縫與待接合物體相對運(yùn)動(dòng)。
[0040]盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【權(quán)利要求】
1.一種渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置，其特征在于，包括: 機(jī)架，其包括旋轉(zhuǎn)主軸和支撐所述旋轉(zhuǎn)主軸的非旋轉(zhuǎn)主體； 渦旋流連續(xù)擠壓接合系統(tǒng)，其包括渦旋擠壓桿、擠壓模靴、渦旋托輪、擠壓托環(huán)和鎖緊螺母，其中所述渦旋擠壓桿的第一端由所述旋轉(zhuǎn)主軸驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，而第二端的中部設(shè)置有渦旋擠壓針，所述渦旋擠壓針的截面小于所述渦旋擠壓桿的截面，所述第二端的周緣部形成為臺階面，所述臺階面為表面凹凸不平的齒面，其中，所述渦旋擠壓針插入到待接合物體的接合縫中，而所述臺階面抵頂在待接合物體的接合縫上邊緣處； 另外，所述擠壓模靴套設(shè)在所述渦旋擠壓桿的外周，且與所述渦旋擠壓桿形成松配合，并與所述機(jī)架的非旋轉(zhuǎn)主體以位置可調(diào)的方式連接；所述渦旋托輪設(shè)置在待接合物體的下方，其中部具有穿孔，所述渦旋擠壓針穿出所述穿孔，通過所述鎖緊螺母固定；所述擠壓托環(huán)套設(shè)在所述渦旋托輪的外周，且與所述渦旋托輪形成松配合。
2.如權(quán)利要求1所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置，其特征在于，所述表面凹凸不平的齒面為多個(gè)首尾相接 的傾斜凹槽，每個(gè)凹槽中的凹陷深度沿著凹槽的長度方向變化。
3.如權(quán)利要求1或2所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置，其特征在于，所述渦旋擠壓針與所述渦旋擠壓桿一體成型，且所述渦旋擠壓針設(shè)置為橫截面為非圓形的柱體，其中心軸線與所述渦旋擠壓桿的中心軸線重合或具有一定偏心量。
4.如權(quán)利要求1所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置，其特征在于，所述擠壓模靴的底部設(shè)置有與待接合物體的所需接合面曲率相吻合的曲面工作帶，且該曲面工作帶抵頂在待接合物體的接合縫上邊緣處；所述擠壓托環(huán)的頂部設(shè)置有與待接合物體的所需接合面曲率相吻合的曲面工作帶，且該曲面工作帶抵頂在待接合物體的接合縫的下邊緣處。
5.如權(quán)利要求4所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置，其特征在于，所述擠壓模靴的底部的所述曲面工作帶與所述渦旋擠壓桿之間的位置處，設(shè)置有焊合腔，并且該焊合腔通過開設(shè)在所述擠壓模靴上的貫通孔與外界貫通，以將多余物料通過貫通孔擠出至外界。
6.如權(quán)利要求5所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置，其特征在于，所述接合縫上邊緣處為增厚邊緣，所述增厚邊緣為待接合物體自身加厚的物料。
7.如權(quán)利要求1或5所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置，其特征在于，所述擠壓模靴側(cè)面設(shè)置有冷卻裝置，所述冷卻裝置包括冷卻管和冷卻板，所述冷卻板與所述擠壓模靴之間有貫通的縫隙，所述冷卻管穿過該貫通的縫隙形成冷卻通道。
8.如權(quán)利要求1或5所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置，其特征在于，所述擠壓模靴與所述渦旋擠壓桿相接觸的部位，以及所述渦旋托輪與所述擠壓托環(huán)相接觸的部位均設(shè)置有用于添加潤滑劑的凹槽。
9.如權(quán)利要求1、2、4、5、6、7或8所述的渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置的操作方法，其中包括以下步驟: 步驟一、將待接合的邊緣增厚的物體按照需要固定在生產(chǎn)線上，形成接合縫，在接合縫處鉆出直徑與所述渦旋擠壓桿最大旋轉(zhuǎn)直徑相匹配的鉆孔； 步驟二、通過移動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)主軸將所述渦旋擠壓桿端部的所述渦旋擠壓針穿過鉆孔，調(diào)節(jié)所述擠壓模靴、擠壓托環(huán)和渦旋托輪的位置，使其與待加工物體曲率相匹配，并通過鎖緊螺母固定； 步驟三、啟動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)主軸，其驅(qū)動(dòng)所述渦旋擠壓桿及其端部的所述渦旋擠壓桿開始旋轉(zhuǎn)，同時(shí)所述渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置沿所述接合縫與待加工物體形成相對運(yùn)動(dòng)，直至接合完成。
10.如權(quán)利要求1、2、4、5、6、7或8所述的一種渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置的操作方法，其中步驟三中所述渦旋擠壓桿以100~3000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)，所述渦旋流連續(xù)擠壓接合裝置以10~2000毫米/分鐘的速度沿 接合縫與待接合物體相對運(yùn)動(dòng)。
【文檔編號】B23P23/04GK103737333SQ201410014224
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】宛亞坤 申請人:宛亞坤