一種擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，包括機架，所述機架上安裝有若干個直線電機，直線電機通過連桿與位于機架內(nèi)的中心軸套連接，中心軸套通過第一軸承與定位筒連接，定位筒套在中心軸上并與中心軸同步轉(zhuǎn)動，所述中心軸的下端與導(dǎo)塊固定連接，導(dǎo)塊與若干個推動桿連接，推動桿一端插入到上軸肩的填充孔內(nèi)，填充孔內(nèi)填充有焊接材料；所述上軸肩與旋轉(zhuǎn)裝置固定連接，旋轉(zhuǎn)裝置通過第二軸承與機頭連接，機頭固定在機架下方，所述旋轉(zhuǎn)裝置設(shè)有導(dǎo)孔，導(dǎo)塊沿導(dǎo)孔上下移動。本發(fā)明的一種擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，通過直線電機推動導(dǎo)塊移動，將焊接材料推入帶焊接頭中，填充過程中力度均勻適中。
【專利說明】
一種擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，屬于焊接領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]雙軸肩攬摔摩擦焊(BobbinTool Frict1n Stir Welding，簡稱BTFSW)是近年來繼攪拌摩擦焊之后衍生出來的焊接技術(shù)。雙軸肩攪拌摩擦焊除了具有普通攪拌摩擦焊技術(shù)的優(yōu)點外，還可以焊接具有復(fù)雜形狀的中空構(gòu)件;另外，由于雙軸肩攪拌摩擦焊攪拌頭剛度較大，故可以承受較大的焊接載荷焊接較厚的工件，在航空、航天、船舶、列車、電力和重型兵器等方面得到成功應(yīng)用，然而當(dāng)前雙軸肩攪拌摩擦焊容易在焊接過程中由于攪拌針及上下軸肩的高速旋轉(zhuǎn)和摩擦致使飛邊，導(dǎo)致母材中的金屬缺失而產(chǎn)生類似于孔洞、隧道的缺陷。
[0003]以往的專利中都只提出通過改進焊接工藝參數(shù)、攪拌頭的尺寸以及攪拌頭攪拌針的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)焊接過程中更加穩(wěn)定，以此盡可能的減少飛邊避免由于金屬缺失造成的缺陷，然而并沒有實現(xiàn)理想的效果，并且其焊接可重復(fù)性差；另外，焊接開始和焊接結(jié)尾處留有巨大的V型缺口是無法避免的。
[0004]可見，采用雙軸肩攪拌摩擦焊時，存在著一下幾個問題:(I)施焊起點和重點有著可以引起裂紋的V型缺口；(2)焊接過程中由于飛邊擠壓流失了部分金屬造成焊縫內(nèi)部的孔洞和隧道；(3)焊接大尺寸工件時出現(xiàn)焊接缺陷的可能性會顯著增加，導(dǎo)致該焊接方法不使用范圍受到限制。因此提出了一種擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，通過直線電機推動導(dǎo)塊移動，將焊接材料推入帶焊接頭中，填充過程中力度均勻適中。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，包括機架，所述機架上安裝有若干個直線電機，直線電機通過連桿與位于機架內(nèi)的中心軸套連接，中心軸套通過第一軸承與定位筒連接，定位筒套在中心軸上并與中心軸同步轉(zhuǎn)動，所述中心軸的下端與導(dǎo)塊固定連接，導(dǎo)塊與若干個推動桿連接，推動桿一端插入到上軸肩的填充孔內(nèi)，填充孔內(nèi)填充有焊接材料，填充孔末端的直徑小于填充孔直徑;所述上軸肩與旋轉(zhuǎn)裝置固定連接，旋轉(zhuǎn)裝置通過第二軸承與機頭連接，機頭固定在機架下方，所述旋轉(zhuǎn)裝置設(shè)有導(dǎo)孔，導(dǎo)塊沿導(dǎo)孔上下移動。
[0007]作為優(yōu)選，所述旋轉(zhuǎn)裝置包含主動齒輪和被動齒輪，所述被動齒輪套在上軸肩上，被動齒輪與上軸肩固定連接，導(dǎo)孔位于被動齒輪的頂端。
[0008]作為優(yōu)選，所述導(dǎo)塊為長條狀。
[0009]作為優(yōu)選，所述中心軸和定位筒均設(shè)有通孔，通孔內(nèi)插入定位鍵，中心軸與定位筒通過定位鍵同步轉(zhuǎn)動。
[0010]作為優(yōu)選，所述導(dǎo)塊上安裝有位移傳感器。
[0011]作為優(yōu)選，所述位移傳感器在單位時間測得的導(dǎo)塊的位移為ΔΧ2，導(dǎo)塊的推進速度為V2= Δ X2/ Δ t，焊接速度化=Ax1/At, Δ X1為上軸肩相對工件表面移動的距離，焊接速度Vi與推進速度V2之比為ω，ω與焊機內(nèi)給定的ω雛進行比較，若ω大于1.1倍(0雛則增加直線電機的推進力;若ω小于0.8倍ω標(biāo)隹則減小直線電機的推進力。
[0012]作為優(yōu)選，所述若ω值與給定的ω標(biāo)隹偏差超過0.2倍的ω標(biāo)準(zhǔn)則直線電機停止工作，確保焊接過程繼續(xù)進行從而防止填充系統(tǒng)由于受力過大損壞。
[0013]作為優(yōu)選，焊接過程分為焊接預(yù)熱階段、焊接穩(wěn)定階段和焊接收尾階段，三個階段的ω值大小關(guān)系為<^幌〈ω?< ω驗。
[0014]有益效果:本發(fā)明的擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，具有以下優(yōu)點:
[0015](I)精密穩(wěn)定的填充系統(tǒng)，確保填充過程中力度均勻適中；
[0016](2)通過位移傳感器的測定以及焊機內(nèi)部參數(shù)的計算，填充速度根據(jù)實際需求可控，更科學(xué)的選擇推進力保證填充金屬適度適量；
[0017](3)根據(jù)實際焊接母材的材料使用不同的配方制作合適的填充材料，使得焊縫的性能得到大幅度的改善；
[0018](4)焊接開始處和結(jié)束處金屬填充飽滿不會產(chǎn)生沒有金屬填充的V型缺口 ；
[0019](5)焊縫中的金屬更加致密，產(chǎn)生氣孔和裂紋的概率大大減少傳統(tǒng)雙軸肩攪拌摩擦焊接技術(shù)。
【附圖說明】
[0020]圖1為填充式雙軸肩攪拌摩擦焊裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0021 ]圖2為填充式雙軸肩攪拌摩擦頭結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3為旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖4為填充系統(tǒng)圖；
[0024]圖5為導(dǎo)孔截面圖。
[0025]圖1中，I為下軸肩；2為攪拌針；3為上軸肩；4為填充孔;5為主動齒輪;6為被動齒輪;7為第二軸承;8為套筒;9為機頭；10為填充材料推動桿;11為導(dǎo)孔;12為導(dǎo)塊;13為定位筒;14為定位鍵;15為中心軸;16為第一軸承;17為中心軸套;18為機架;19為連桿。
【具體實施方式】
[0026]如圖1至圖5所示，本發(fā)明的一種擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，包括機架18，所述機架18上安裝有若干個直線電機，直線電機通過連桿19與位于機架18內(nèi)的中心軸套17連接，中心軸套17通過第一軸承16與定位筒13連接，第一軸承17有兩個，分別位于中心軸套17的兩個軸肩上，定位筒13套在中心軸15上并與中心軸15同步轉(zhuǎn)動，中心軸15起到傳遞軸向力和化解徑向力的作用，所述中心軸15和定位筒13均設(shè)有通孔，通孔內(nèi)插入定位鍵14，中心軸15與定位筒13通過定位鍵14同步轉(zhuǎn)動，所述中心軸15的下端與導(dǎo)塊12固定連接，導(dǎo)塊12與兩個推動桿10連接，推動桿10—端插入到上軸肩3的填充孔4內(nèi)，填充孔4內(nèi)填充有焊接材料，填充孔4末端的直徑小于填充孔4直徑，防止填充孔4內(nèi)的焊接材料滑出填充孔4，上軸肩3下方與攪拌針2連接，攪拌針2與下軸肩I連接，形成上軸肩3焊接;所述上軸肩3與旋轉(zhuǎn)裝置固定連接，旋轉(zhuǎn)裝置通過第二軸承7與機頭9連接，第二軸承7通過套筒和壓板分別限定第二軸承的外圈和內(nèi)圈，機頭9固定在機架18下方，所述旋轉(zhuǎn)裝置設(shè)有導(dǎo)孔11，所述導(dǎo)塊12的橫截面為長方形，導(dǎo)塊12沿導(dǎo)孔11上下移動。
[0027]在本發(fā)明中，所述旋轉(zhuǎn)裝置包含主動齒輪5和被動齒輪6，所述被動齒輪6套在上軸肩3上，被動齒輪6與上軸肩3固定連接，導(dǎo)孔11位于被動齒輪6的頂端，導(dǎo)塊12能順暢的通過導(dǎo)孔11-2，并且在其中涂抹潤滑油減少導(dǎo)塊與導(dǎo)孔的摩擦力。上軸肩3設(shè)計填充孔4可以用來填充焊接材料，而焊接材料的下端接觸到工件并與其摩擦，使得填充材料在填充時均勻的涂抹在焊縫表面，受到攪拌針2攪拌的作用下均勻的填充進入焊縫。
[0028]在本發(fā)明中，所述導(dǎo)塊12上安裝有位移傳感器，所述位移傳感器在單位時間測得的導(dǎo)塊12的位移為△ X2，導(dǎo)塊12的推進速度為V2= Δ X2/△ t，上軸肩3在單位時間焊接速度V1=AxiMt, ΔΧ1*上軸肩3移動的距離，焊接速度V1與推進速度V2之比為ω，ω與焊機內(nèi)給定的《標(biāo)隹進行比較，若ω大于1.1倍的0標(biāo)隹，則增加直線電機的推進力;若ω小于0.8倍的ω?隹，則減小直線電機的推進力;所述若ω值與給定的偏差超過0.2倍的ω標(biāo)準(zhǔn)則填充系統(tǒng)故障，直線電機停止工作確保焊接過程繼續(xù)進行從而防止填充系統(tǒng)由于受力過大損壞。ω值越小則說明填充的金屬填充量越大，則焊縫致密性越好，調(diào)節(jié)擠入速度正是通過控制ω值。
[0029]整個焊接過程大體可以劃分為三個階段，焊接預(yù)熱階段、焊接穩(wěn)定階段、焊接收尾階段，這三個階段的ω值應(yīng)有很大的不同。焊接預(yù)熱階段由于焊接溫度低且焊接速度慢ω值應(yīng)較小;焊接穩(wěn)定階段則根據(jù)具體焊縫焊接情況酌情調(diào)整;焊接收尾階段為了防止產(chǎn)生V型缺口 ω值應(yīng)設(shè)定的非常小，確保金屬填充飽滿。通常三個階段ω的關(guān)系應(yīng)該是:
ω灘〈ω驗。
[0030]另外，還需通過線能量檢測金屬擠入的難易程度，通過計算:E= ^IVV1的值，其中，E為線能量，r為轉(zhuǎn)速，T為扭矩,V1為焊接速度。焊機主機根據(jù)E的大小從數(shù)據(jù)庫中查詢出直線電機最大壓力值Fmax，確保直線電機壓力F〈Fmax，這樣可以防止因為熱輸入較小造成填充金屬流動性差而直線電機為保證填充速度不變過分的增大壓力F導(dǎo)致推桿損壞。
[0031 ]本發(fā)明可實現(xiàn)攪拌摩擦焊的過程中填充與母材具有相同物理、化學(xué)性質(zhì)的金屬，可通過改變填充物的配方達(dá)到提高強度、韌性、塑性的目的。焊機主機通過采集焊接過程中的焊接速度、攪拌頭扭矩、攪拌頭轉(zhuǎn)速等參數(shù)計算出焊接線能量，同時計算出焊接允許最快填充速度，進而限制直線電機下壓力，防止因填充金屬流動性不足造成焊機損壞。
[0032]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，其特征在于:包括機架，所述機架上安裝有若干個直線電機，直線電機通過連桿與位于機架內(nèi)的中心軸套連接，中心軸套通過第一軸承與定位筒連接，定位筒套在中心軸上并與中心軸同步轉(zhuǎn)動，所述中心軸的下端與導(dǎo)塊固定連接，導(dǎo)塊與若干個推動桿連接，推動桿一端插入到上軸肩的填充孔內(nèi)，填充孔內(nèi)填充有焊接材料，填充孔末端的直徑小于填充孔直徑;所述上軸肩與旋轉(zhuǎn)裝置固定連接，旋轉(zhuǎn)裝置通過第二軸承與機頭連接，機頭固定在機架下方，所述旋轉(zhuǎn)裝置設(shè)有導(dǎo)孔，導(dǎo)塊沿導(dǎo)孔上下移動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)裝置包含主動齒輪和被動齒輪，所述被動齒輪套在上軸肩上，被動齒輪與上軸肩固定連接，導(dǎo)孔位于被動齒輪的頂端。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，其特征在于:所述導(dǎo)塊為長條狀。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，其特征在于:所述中心軸和定位筒均設(shè)有通孔，通孔內(nèi)插入定位鍵，中心軸與定位筒通過定位鍵同步轉(zhuǎn)動。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，其特征在于:所述導(dǎo)塊上安裝有位移傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，其特征在于:所述位移傳感器在單位時間測得的導(dǎo)塊的位移為A X2，導(dǎo)塊的推進速度為V2= △ X2/△ t，焊接速度V1= Δ X1/At，Δ X1為上軸肩相對工件表面移動的距離，焊接速度V1與推進速度V2之比為ω，ω與焊機內(nèi)給定的進行比較，若ω大于1.1倍則增加直線電機的推進力;若ω小于0.8倍ω標(biāo)隹則減小直線電機的推進力。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，其特征在于:所述若ω值與給定的《標(biāo)隹偏差超過0.2倍的ω標(biāo)準(zhǔn)則填充系統(tǒng)故障，直線電機停止工作確保焊接過程繼續(xù)進行從而防止填充系統(tǒng)由于受力過大損壞。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的擠入速度可調(diào)的填充式攪拌摩擦焊裝置，其特征在于:焊接過程分為焊接預(yù)熱階段、焊接穩(wěn)定階段和焊接收尾階段，三個階段的ω值大小關(guān)系為ω崛<ω灘〈ω驗。
【文檔編號】B23K20/12GK106001902SQ201610446761
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】祁凱, 石明霄, 吳銘方, 陳書錦, 李瑞峰
【申請人】江蘇科技大學(xué)