一種填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置及焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置及焊接方法，該裝置包括框架，所述框架上安裝有兩個直線電機，每個直線電機與滑塊連接，滑塊內(nèi)安裝有一對第一軸承，第一軸承之間夾持有推桿，推桿下端固定連接有支撐板，支撐板與導(dǎo)料桿固定連接；所述框架下方與支撐架固定連接，支撐架內(nèi)套有第二軸承，第二軸承套在旋轉(zhuǎn)裝置上，旋轉(zhuǎn)裝置與攪拌頭本體固定連接，攪拌頭本體內(nèi)設(shè)有導(dǎo)料孔，導(dǎo)料孔內(nèi)依次設(shè)有填充金屬棒、導(dǎo)料桿，在導(dǎo)料桿上套有彈簧和壓力傳感器。本發(fā)明解決以往攪拌摩擦頭由于金屬缺失造成焊接缺陷的問題，控制直線電機的推力，使填充金屬棒的填充壓力根據(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。
【專利說明】
一種填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置及焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置及焊接方法，屬于焊接領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]攪拌摩擦焊(Frict1n Stir Welding,FSW)是一種固相連接技術(shù)，與傳統(tǒng)焊接工藝相比，F(xiàn)SW焊接過程中無煙塵與飛濺，無電磁輻射，安全環(huán)保;焊接時能量消耗低，焊前工件無需開坡口，焊接過程中無需添加焊絲和保護氣體，節(jié)能高效;不會出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷，接頭綜合性能良好;焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)自動化焊接和機器人焊接；同時只要設(shè)計出合適的攪拌頭，F(xiàn)SW可實現(xiàn)不同位置、不同大小、不同接口的焊接，如大型工件及長焊縫的焊接，對接接頭、搭接接頭、角焊縫、直焊縫、環(huán)形焊縫的焊接，在航空航天、汽車船舶制造等高新科技領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。然而由于攪拌摩擦焊的剛度要求非常高，焊接時需施加足夠的頂鍛壓力，且背部需要剛性支撐板，因此容易在焊接過程中因攪拌針及軸肩的高速旋轉(zhuǎn)和劇烈的摩擦作用下致使飛邊的產(chǎn)生。一旦產(chǎn)生飛邊，母材金屬被擠出工件，將直接導(dǎo)致類似于孔洞、隧道的缺陷出現(xiàn)。
[0003]以往的專利中都只提出通過改進焊接工藝參數(shù)、工裝夾具的設(shè)計、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。
[0004]可見，采用攪拌摩擦焊時，存在著一下幾個問題:(I)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；(2)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。

【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)明提供一種填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置及焊接方法，解決以往攪拌摩擦頭由于金屬缺失造成焊接缺陷的問題，使焊縫更加致密。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置，包括框架，所述框架上安裝有兩個直線電機，每個直線電機與位于框架內(nèi)的滑塊連接，滑塊設(shè)有圓柱凹槽，在圓柱凹槽內(nèi)安裝有一對第一軸承，第一軸承套在推桿上并加持推桿，推桿下端固定連接有支撐板，支撐板與導(dǎo)料桿固定連接;所述框架下方與支撐架固定連接，支撐架內(nèi)安裝有第二軸承，第二軸承套在旋轉(zhuǎn)裝置上，旋轉(zhuǎn)裝置與攪拌頭本體固定連接，攪拌頭本體內(nèi)設(shè)有關(guān)于攪拌頭本體軸線對稱分布的導(dǎo)料孔，導(dǎo)料孔內(nèi)依次設(shè)有填充金屬棒、導(dǎo)料桿，在導(dǎo)料桿上套有彈簧和壓力傳感器，彈簧一端伸出導(dǎo)料桿與填充金屬棒接觸，壓力傳感器通過彈簧壓在支撐板上，所述旋轉(zhuǎn)裝置上端與套筒連接，套筒設(shè)有滑槽，支撐板沿滑槽上下移動。
[0007]作為優(yōu)選，所述旋轉(zhuǎn)裝置包含主動齒輪和與主動齒輪嚙合的從動齒輪，所述從動齒輪與攪拌頭本體固定連接，從動齒輪轉(zhuǎn)動從而帶動攪拌頭本體轉(zhuǎn)動。
[0008]作為優(yōu)選，所述攪拌頭本體的軸肩上設(shè)有斜孔，斜孔內(nèi)安裝有溫度傳感器。
[0009]作為優(yōu)選，所述推桿頂端設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)依次設(shè)有電池、AD采集卡和無線收發(fā)模塊，所述電池為溫度傳感器和壓力傳感器提供電源，溫度傳感器和壓力傳感器均與AD采集卡連接，AD采集卡與無線收發(fā)模塊連接。
[0010]作為優(yōu)選，所述壓力傳感器為中空結(jié)構(gòu)，輸出電壓為0-5V，量程200kg。
[0011]—種上述的填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置的焊接方法，包括以下步驟:
[0012](I)根據(jù)系統(tǒng)組成，完成系統(tǒng)的安裝，根據(jù)設(shè)定的焊接速度，對填充金屬棒設(shè)定相應(yīng)的壓力值；
[0013](2)啟動旋轉(zhuǎn)裝置，帶動攪拌針本體按照設(shè)定的焊接速度焊接，一段時間后，溫度傳感器檢測的溫度為T°C，如果(T-被焊材料塑性溫度區(qū)間最大值)>20°C，則按照[(T-被焊材料塑性溫度區(qū)間最大值-20°C ) X 2Kg/°C ]標準減小推桿系統(tǒng)提供的填充壓力；如果OS(T-被焊材料塑性溫度區(qū)間最大值)<20°C，則維持推桿系統(tǒng)提供的填充壓力初始值;如果軸肩/工件接觸面溫度低于被焊材料塑性溫度區(qū)間最小值，則按照[填充壓力初始值+20Kg]的標準調(diào)整推桿系統(tǒng)提供的填充壓力，直到焊接結(jié)束。
[0014]有益效果:本發(fā)明的填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置及焊接方法，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)根據(jù)軸肩/工件接觸面溫度和焊接速度的反饋，控制直線電機的推力，使填充金屬棒的填充壓力根據(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)束處金屬填充充分；
[0019](5)焊縫中的金屬更加致密，大大減少傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接技術(shù)產(chǎn)生氣孔和裂紋的概率。
【附圖說明】
[0020]圖1為填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置結(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為從動齒輪裝配示意圖；
[0023]圖4為推桿結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為推桿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖6為動力傳遞結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]如圖1至圖6所示，本發(fā)明的一種填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置，包括框架，所述框架上安裝有兩個直線電機20，每個直線電機20與位于框架內(nèi)的滑塊12連接，滑塊12設(shè)有圓柱凹槽，在圓柱凹槽內(nèi)安裝有一對第一軸承13，兩個滑塊12夾持住第一軸承13的外圈，第一軸承13的內(nèi)圈之間夾持有推桿11，第一軸承13套在推桿11上，推桿11下端固定連接有支撐板9，支撐板9與導(dǎo)料桿6固定連接;所述框架下方與支撐架固定連接，支撐架內(nèi)套有第二軸承17，第二軸承17安裝在旋轉(zhuǎn)裝置上，第二軸承17通過軸套固定在旋轉(zhuǎn)裝置上，旋轉(zhuǎn)裝置與攪拌頭本體I固定連接，攪拌頭本體I為填充式雙軸肩攪拌摩擦頭，攪拌頭本體I內(nèi)設(shè)有關(guān)于攪拌頭本體I軸線對稱分布的導(dǎo)料孔5，注意導(dǎo)料孔5下端直徑略小于孔身，加工時需要倒角，導(dǎo)料孔5內(nèi)依次設(shè)有填充金屬棒2、導(dǎo)料桿6，在導(dǎo)料桿6上套有彈簧4和壓力傳感器8，彈簧4 一端伸出導(dǎo)料桿6與填充金屬棒2接觸，壓力傳感器8通過彈簧4壓在支撐板9上，所述壓力傳感器8為中空結(jié)構(gòu)，輸出電壓為0-5V，量程200kg，所述旋轉(zhuǎn)裝置上端與套筒連接，套筒設(shè)有滑槽10，矩形狀的支撐板9沿滑槽10上下移動，所述攪拌頭本體I的軸肩上設(shè)有斜孔，斜孔內(nèi)安裝有溫度傳感器，所述推桿11頂端設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)依次設(shè)有電池14、AD采集卡15和無線收發(fā)模塊16，所述電池14為溫度傳感器和壓力傳感器8提供電源，溫度傳感器和壓力傳感器8均與AD采集卡15連接，AD采集卡15與無線收發(fā)模塊16連接。
[0027]在本發(fā)明中，所述旋轉(zhuǎn)裝置包含主動齒輪18和與主動齒輪18嚙合的從動齒輪19，所述從動齒輪19通過螺栓3與攪拌頭本體I固定連接，從動齒輪轉(zhuǎn)動從而帶動攪拌頭本體I轉(zhuǎn)動。焊接時由推桿11系統(tǒng)給填充系統(tǒng)提供下壓力，使軟化的填充金屬順暢地填入焊縫。金屬填充棒材料可采用與工件同種材料，也可采用異種材料，導(dǎo)料桿6材料可選用高溫合金鋼，壓力傳感器8采用中空結(jié)構(gòu)，輸出0-5V，量程200kg;支撐板9選用高強合金鋼;無線收發(fā)模塊16電源采用24V電池14;AD采集卡15選用2通道12位的AD轉(zhuǎn)換模塊。第一軸承13和第二軸承17可采用角接觸軸承。
[0028]本實施例中，填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置的焊接方法，以2E12鋁合金為例，該合金塑性很好，塑性溫度區(qū)間300 0C -460 0C，區(qū)間溫度最大值460 V，包括以下步驟:
[0029](I)根據(jù)系統(tǒng)組成，完成系統(tǒng)的安裝，根據(jù)設(shè)定的焊接速度，對填充金屬棒2設(shè)定相應(yīng)的壓力值；
[0030](2)啟動旋轉(zhuǎn)裝置，帶動攪拌針本體按照設(shè)定的焊接速度焊接，一段時間后，溫度傳感器檢測的溫度為T °C，如果(T °C - 460 °C) >20 °C，則按照[(T °C -460 °C -20 °C) X 2Kg/ °C ]標準減小推桿11系統(tǒng)提供的填充壓力；如果OS (T°C-460°C ) <20°C，則維持推桿11系統(tǒng)提供的填充壓力初始值;如果軸肩/工件接觸面溫度低于300°C，則按照[填充壓力初始值+20Kg]的標準調(diào)整推桿11系統(tǒng)提供的填充壓力，直到焊接結(jié)束。
[0031]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】
1.一種填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置，其特征在于:包括框架，所述框架上安裝有兩個直線電機，每個直線電機與位于框架內(nèi)的滑塊連接，滑塊設(shè)有圓柱凹槽，在圓柱凹槽內(nèi)安裝有一對第一軸承，第一軸承套在推桿上并夾持推桿，推桿下端固定連接有支撐板，支撐板與導(dǎo)料桿固定連接;所述框架下方與支撐架固定連接，支撐架內(nèi)安裝有第二軸承，第二軸承套在旋轉(zhuǎn)裝置上，旋轉(zhuǎn)裝置與攪拌頭本體固定連接，攪拌頭本體內(nèi)設(shè)有關(guān)于攪拌頭本體軸線對稱分布的導(dǎo)料孔，導(dǎo)料孔內(nèi)依次設(shè)有填充金屬棒、導(dǎo)料桿，在導(dǎo)料桿上套有彈簧和壓力傳感器，彈簧一端伸出導(dǎo)料桿與填充金屬棒接觸，壓力傳感器通過彈簧壓在支撐板上，所述旋轉(zhuǎn)裝置的上端與套筒連接，套筒設(shè)有滑槽，支撐板沿滑槽上下移動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)裝置包含主動齒輪和與主動齒輪嚙合的從動齒輪，所述從動齒輪與攪拌頭本體固定連接，從動齒輪運動從而帶動攪拌頭本體轉(zhuǎn)動。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置，其特征在于:所述攪拌頭本體的軸肩上設(shè)有斜孔，斜孔內(nèi)安裝有溫度傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置，其特征在于:所述推桿頂端設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)依次設(shè)有電池、AD采集卡和無線收發(fā)模塊，所述電池為溫度傳感器和壓力傳感器提供電源，溫度傳感器和壓力傳感器均與AD采集卡連接，AD采集卡與無線收發(fā)模塊連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置，其特征在于:所述壓力傳感器為中空結(jié)構(gòu)，輸出電壓為0-5V，量程200kg。6.—種如權(quán)利要求5所述的填充壓力可調(diào)節(jié)的攪拌摩擦裝置的焊接方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)根據(jù)系統(tǒng)組成，完成系統(tǒng)的安裝，根據(jù)設(shè)定的焊接速度，對填充金屬棒設(shè)定相應(yīng)的壓力值； (2)啟動旋轉(zhuǎn)裝置，帶動攪拌針本體按照設(shè)定的焊接速度焊接，一段時間后，溫度傳感器檢測的溫度為T°C，如果(T-被焊材料塑性溫度區(qū)間最大值)>20°C，則按照[(T-被焊材料塑性溫度區(qū)間最大值_20°C ) X 2Kg/°C ]標準減小推桿系統(tǒng)提供的填充壓力；如果OS (T-被焊材料塑性溫度區(qū)間最大值)<20Γ，則維持推桿系統(tǒng)提供的填充壓力初始值;如果軸肩/工件接觸面溫度低于被焊材料塑性溫度區(qū)間最小值，則按照[填充壓力初始值+20Kg]的標準調(diào)整推桿系統(tǒng)提供的填充壓力，直到焊接結(jié)束。
【文檔編號】B23K20/12GK105921877SQ201610443265
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】尹廣哲, 陳書錦, 宋慧宇, 高金勇, 張燦, 劉俊峰
【申請人】江蘇科技大學(xué)