，7為預(yù)留變形空間，8為工件II，9為銷釘，10為鋼制軟墊板，11為支撐平臺(tái)，12為十字移動(dòng)平臺(tái)鉗口。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施方式利用普通臺(tái)式鉆床系統(tǒng)改造成微型手動(dòng)攪拌摩擦焊接設(shè)備，很適合于中小型企事業(yè)單位、高等學(xué)校等相關(guān)部門的小規(guī)模研宄和初級(jí)學(xué)員學(xué)習(xí)攪拌摩擦技術(shù)。手動(dòng)攪拌摩擦焊單面焊雙面成形是在臺(tái)式鉆床的基礎(chǔ)上，將電機(jī)功率加大至2KW以上，在剛性支撐平臺(tái)11臺(tái)面上安裝十字移動(dòng)平鉗口 12，利用本發(fā)明的專用攪拌頭、導(dǎo)向槽板5、鋼制軟墊板10和具有3?5°坡度的剛性支撐平臺(tái)11的配合使用來(lái)完成。
[0015]攪拌頭的夾持端I直徑和高度為D1、LI，肩軸2的直徑和高度為D2、L2 ;攪拌針3為三級(jí)圓柱體，由上至下各級(jí)圓柱的直徑和高度分別為D3、L3，D4、L4，D5、L5，攪拌針底面中心的球狀凸起直徑為D6 ;攪拌頭的幾何尺寸與工件的厚度t之間關(guān)系為:D2=2?3t，D3=0.8?lt，D4=kXD3，D5=kXD4，其中:k=l/2?2/3，對(duì)于低強(qiáng)度材料焊接時(shí)，k取下限，高強(qiáng)度材料焊接時(shí)，k取上限；L3=l/2t ；L4=l/3t ；L5=l/6t ;攪拌針的底面中心球狀凸起的高度為0.5?1mm。攪拌頭材料的選用具有多樣性，夾持部分可選用高強(qiáng)鋼，如中碳調(diào)質(zhì)鋼。軸肩和攪拌針一部分部分可選用耐熱性強(qiáng)，具有一定強(qiáng)度的高合金鋼，如鎢鋼、高速鋼等。攪拌針二部分可選用高硬度高耐磨性的高合金鋼或碳化物等硬質(zhì)合金，如高速鋼、氮化硼等。攪拌頭可以根據(jù)設(shè)計(jì)用棒料一次加工并經(jīng)淬火處理而成，也可以采用兩種材料分別加工后經(jīng)過(guò)組合安裝而成。
[0016]攪拌頭為二部分組合(或更多部分組合，取決于攪拌針的尺寸大小)構(gòu)成，二部分組合之間采用固定連接或活動(dòng)連接，固定連接為焊接或過(guò)盈配合連接，活動(dòng)連接方式為反螺紋連接。反螺紋連接可以根據(jù)工件厚度進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)整，具有很好地厚度適應(yīng)性。
[0017]鋼制軟墊板10 二級(jí)臺(tái)階凹槽的上槽寬度為B2，深度為H2，下槽寬度為B3，深度為H3，二級(jí)臺(tái)階凹槽的幾何尺寸與攪拌針的關(guān)系為:B2=2XD3，B3= (1.5?2) XD6，H2=H3=0.5?1mm。剛性支撐平臺(tái)11具有3?5°的傾斜角度。將與工件同材質(zhì)的襯墊4放置到鋼制軟墊板10的臺(tái)階凹槽中后保持與鋼制軟墊板10平齊。當(dāng)攪拌針3穿過(guò)焊件下壓到襯墊4上后，由于襯墊4薄且下部預(yù)留間隙7，使其有空間進(jìn)行變形，這樣就減少了焊連到工件背面的可能性。
[0018]焊接操作過(guò)程:
1、在剛性支撐平臺(tái)I上安裝十字移動(dòng)平臺(tái)鉗口 12。
[0019]2、將鋼制軟墊板10通過(guò)銷釘9安裝到具有傾斜角度的剛性支撐平臺(tái)10上。
[0020]3、將安裝完畢的剛性支撐平臺(tái)11放置到十字移動(dòng)平臺(tái)鉗口 12并卡緊固定，要將高的一端作為起始端，低的一端作為結(jié)束端。
[0021]4、將事先準(zhǔn)備好的厚度為0.5?I mm的鋁墊板4放置到鋼制軟墊板10的二級(jí)臺(tái)階槽口中。
[0022]5、對(duì)準(zhǔn)安裝工件6、8，要保持接縫處于剛性軟墊板槽10的中間位置。
[0023]6、在工件上表面安裝放置導(dǎo)向槽板5，要求二導(dǎo)向槽板5中線與工件6、8接縫對(duì)齊。
[0024]7、固定工件6、8及導(dǎo)向槽板5，利用四個(gè)大力鉗將工件6、8、導(dǎo)向槽板5夾持到剛性支撐平臺(tái)10上。
[0025]8、調(diào)整攪拌頭位置使其順利進(jìn)入導(dǎo)向槽板5中，并能順利地實(shí)現(xiàn)從起始位置移動(dòng)到終點(diǎn)位置。
[0026]9、調(diào)整攪拌頭高度。調(diào)整鉆床給進(jìn)機(jī)構(gòu)，使攪拌頭軸肩2高度能到達(dá)焊接終止位置的工件表面。
[0027]10、焊接，啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)啟動(dòng)后緩慢送進(jìn)攪拌頭。
[0028]11、攪拌頭與工件6、8接觸摩擦后，施加一定的下壓力，攪拌頭摩擦潛入到工件中旋轉(zhuǎn)摩擦加熱，待工件6、8表面吸附水氣因加熱劇烈蒸發(fā)時(shí)，開(kāi)始搖動(dòng)旋轉(zhuǎn)手柄進(jìn)行十字移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，開(kāi)始時(shí)速度稍慢一點(diǎn)。當(dāng)焊縫形成后適當(dāng)加快移動(dòng)速度到預(yù)定焊接速度后保持均勻。
[0029]12、焊接到結(jié)束位置時(shí)，停止搖動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)，緩慢抬起攪拌頭，按下電機(jī)停止開(kāi)關(guān)。松開(kāi)四個(gè)大力鉗，松開(kāi)移動(dòng)平臺(tái)鉗口，拆下導(dǎo)向槽板5和工件6、8。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種手工操作的攪拌摩焊接設(shè)備，包括剛性支撐平臺(tái)(11)、支撐平臺(tái)移動(dòng)卡緊裝置、工件夾持機(jī)構(gòu)和摩擦攪拌頭，工件緊固在剛性支撐平臺(tái)(11)上，摩擦攪拌頭具有夾持端(1)、軸肩(2)和攪拌針(3)，其特征是:所述的攪拌針為逐級(jí)向下收縮的階梯圓柱形，攪拌針底端中心有球形凸起。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手工操作的攪拌摩焊接設(shè)備，其特征是:在工件的下面有鋼制軟墊板(10)，鋼制軟墊板(10)上面有與焊縫相對(duì)應(yīng)的二級(jí)臺(tái)階凹槽，在二級(jí)臺(tái)階凹槽上槽口中放有與工件同材質(zhì)的襯墊(4)，襯墊(4)厚度為0.5?1mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手工操作的攪拌摩焊接設(shè)備，其特征是:在工件(6、8)上面接縫兩側(cè)固定有二個(gè)導(dǎo)向槽板(5)，二個(gè)導(dǎo)向槽板(5)之間距離與攪拌頭的軸肩(2)直徑相等。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手工操作的攪拌摩焊接設(shè)備，其特征是:所述攪拌頭的夾持端(I)直徑和高度為D1、LI，肩軸(2)的直徑和高度為D2、L2 ;攪拌針(3)為三級(jí)圓柱體，由上至下各級(jí)圓柱的直徑和高度分別為D3、L3，D4、L4，D5、L5，攪拌針3底面中心的球狀凸起直徑為D6 ;攪拌頭的幾何尺寸與工件的厚度t之間關(guān)系為:D2=2?3t，D3=0.8?lt，D4=kXD3，D5=kXD4，其中:k=l/2 ?2/3 ；L3=l/2t ；L4=l/3t ；L5=l/6t ;攪拌針 3 的底面中心球狀凸起的高度為0.5?1mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的手工操作的攪拌摩焊接設(shè)備，其特征是:攪拌頭為二部分組合構(gòu)成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的手工操作的攪拌摩焊接設(shè)備，其特征是:攪拌頭二部分組合之間采用固定連接，連接方式為焊接或過(guò)盈配合連接。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的手工操作的攪拌摩焊接設(shè)備，其特征是:攪拌頭二部分組合之間采用活動(dòng)連接，連接方式為反螺紋連接。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的手工操作的攪拌摩焊接設(shè)備，其特征是:鋼制軟墊板(10)二級(jí)臺(tái)階凹槽的上槽寬度為B2，深度為H2，下槽寬度為B3，深度為H3，二級(jí)臺(tái)階凹槽的幾何尺寸與攪拌針 3 的關(guān)系為:B2=2XD3，B3= (1.5 ?2) XD6，H2=H3=0.5 ?I mm。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手工操作的攪拌摩焊接設(shè)備，其特征是:剛性支撐平臺(tái)(11)具有3?5°的傾斜角度。10.一種手工操作的攪拌摩焊接方法，其特征是:將鋼制軟墊板(10)通過(guò)銷釘(9)安裝到具有傾斜角度的剛性支撐平臺(tái)(11)上；將安裝完畢的剛性支撐平臺(tái)(11)放置到支撐平臺(tái)移動(dòng)卡緊裝置(12)并夾緊固定，要將高的一端作為起始端，低的一端作為結(jié)束端；將事先準(zhǔn)備好的厚度為0.5?I mm的襯墊(4)放置到鋼制軟墊板(10)的凹槽中；對(duì)準(zhǔn)工件(6、8)，要保持接縫處于襯墊(4)的中間位置；在工件(6、8)上表面安裝放置導(dǎo)向槽板(5);用四個(gè)大力鉗將工件(6、8)，導(dǎo)向槽板(5)夾持到剛性支撐平臺(tái)(11)上，剛性支撐平臺(tái)(11)固定在十字移動(dòng)平臺(tái)鉗口(12)中；調(diào)整攪拌頭位置，使攪拌頭順利進(jìn)入導(dǎo)向槽板(5)中，能夠從起始位置移動(dòng)到終點(diǎn)位置；調(diào)整攪拌頭高度，調(diào)整移動(dòng)工件夾持給進(jìn)機(jī)構(gòu)，使攪拌頭軸肩(2)高度能到達(dá)焊接終止位置的工件(6、8)表面下0.5mm左右；啟動(dòng)電機(jī)，焊接，電機(jī)啟動(dòng)后緩慢送進(jìn)攪拌頭；攪拌頭與工件(6、8)接觸摩擦后，施加一定的下壓力，使攪拌頭摩擦潛入到工件(6、8)中旋轉(zhuǎn)摩擦加熱，待工件(6、8)表面吸附的水氣因加熱劇烈蒸發(fā)時(shí)，開(kāi)始搖動(dòng)旋轉(zhuǎn)手柄進(jìn)行十字移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，開(kāi)始時(shí)速度稍慢一點(diǎn)，當(dāng)焊縫形成后適當(dāng)加快移動(dòng)速度到預(yù)定焊接速度后保持均勻；焊接到結(jié)束位置時(shí)，停止移動(dòng)平臺(tái)，緩慢抬起攪拌頭，按下電機(jī)停止開(kāi)關(guān)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種手工操作的攪拌摩焊接設(shè)備及方法。攪拌摩焊接設(shè)備包括剛性支撐平臺(tái)、支撐平臺(tái)移動(dòng)卡緊裝置、工件夾持機(jī)構(gòu)和摩擦攪拌頭，工件緊固在剛性支撐平臺(tái)上，摩擦攪拌頭具有夾持端、軸肩和攪拌針，本發(fā)明攪拌針為逐級(jí)向下收縮的階梯圓柱形，攪拌針底端中心有球形凸起。本發(fā)明將傳統(tǒng)摩擦焊接的攪拌頭主要由軸肩摩擦加熱金屬改為分段多臺(tái)階摩擦加熱方式，利用攪拌針在不同位置的臺(tái)階端面和柱體側(cè)面與焊接金屬間的摩擦以及其引起的塑性化金屬攪拌流動(dòng)產(chǎn)生的熱量加熱各層面的金屬，從而使金屬預(yù)熱更快。采用柔性軟墊板解決了單面焊雙面成形背面墊板的粘連問(wèn)題。具有較好的教學(xué)應(yīng)用效果。
【IPC分類】B23K20/26, B23K20/12
【公開(kāi)號(hào)】CN104985321
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510416979
【發(fā)明人】蔣應(yīng)田, 張鈞超, 李拔群, 劉峰, 高學(xué)朋, 張瑩瑩, 曹義, 張琎, 宋凱, 梁爽, 鄒明
【申請(qǐng)人】遼寧石油化工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年7月16日