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(jī)架，所述機(jī)架上安裝有若干個(gè)直線電機(jī)，直線電機(jī)通過連桿與位于機(jī)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(dòng)，所述中心軸的下端與導(dǎo)塊固定連接，導(dǎo)塊與若干個(gè)推動(dòng)桿連接，推動(dòng)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(jī)頭連接，機(jī)頭固定在機(jī)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(dòng)。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(jī)推動(dòng)導(dǎo)塊移動(dòng)，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(jiǎn)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(diǎn)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(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)，存在著一下幾個(gè)問題:(I)施焊起點(diǎn)和重點(diǎn)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(shí)出現(xiàn)焊接缺陷的可能性會(huì)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(jī)推動(dòng)導(dǎo)塊移動(dòng)，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(jī)架，所述機(jī)架上安裝有若干個(gè)直線電機(jī)，直線電機(jī)通過連桿與位于機(jī)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(dòng)，所述中心軸的下端與導(dǎo)塊固定連接，導(dǎo)塊與若干個(gè)推動(dòng)桿連接，推動(dòng)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(jī)頭連接，機(jī)頭固定在機(jī)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(dòng)。
[0007]作為優(yōu)選，所述旋轉(zhuǎn)裝置包含主動(dòng)齒輪和被動(dòng)齒輪，所述被動(dòng)齒輪套在上軸肩上，被動(dòng)齒輪與上軸肩固定連接，導(dǎo)孔位于被動(dòng)齒輪的頂端。
[0008]作為優(yōu)選，所述導(dǎo)塊為長(zhǎng)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(dòng)。
[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(shí)間測(cè)得的導(dǎo)塊的位移為ΔΧ2，導(dǎo)塊的推進(jìn)速度為V2= Δ X2/ Δ t，焊接速度化=Ax1/At, Δ X1為上軸肩相對(duì)工件表面移動(dòng)的距離，焊接速度Vi與推進(jìn)速度V2之比為ω，ω與焊機(jī)內(nèi)給定的ω雛進(jìn)行比較，若ω大于1.1倍(0雛則增加直線電機(jī)的推進(jìn)力;若ω小于0.8倍ω標(biāo)隹則減小直線電機(jī)的推進(jìn)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(jī)停止工作，確保焊接過程繼續(xù)進(jìn)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(gè)階段的ω值大小關(guān)系為<^幌〈ω?< ω驗(yàn)。
[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(diǎn):
[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(cè)定以及焊機(jī)內(nèi)部參數(shù)的計(jì)算，填充速度根據(jù)實(shí)際需求可控，更科學(xué)的選擇推進(jìn)力保證填充金屬適度適量；
[0017](3)根據(jù)實(shí)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(huì)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(dòng)齒輪;6為被動(dòng)齒輪;7為第二軸承;8為套筒;9為機(jī)頭；10為填充材料推動(dòng)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(jī)架;19為連桿。
【具體實(shí)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(jī)架18，所述機(jī)架18上安裝有若干個(gè)直線電機(jī)，直線電機(jī)通過連桿19與位于機(jī)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(gè)，分別位于中心軸套17的兩個(gè)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(dòng)，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(dòng)，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(gè)推動(dòng)桿10連接，推動(dòng)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(jī)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(jī)頭9固定在機(jī)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(zhǎng)方形，導(dǎo)塊12沿導(dǎo)孔11上下移動(dòng)。
[0027]在本發(fā)明中，所述旋轉(zhuǎn)裝置包含主動(dòng)齒輪5和被動(dòng)齒輪6，所述被動(dòng)齒輪6套在上軸肩3上，被動(dòng)齒輪6與上軸肩3固定連接，導(dǎo)孔11位于被動(dòng)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(jì)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(shí)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(jìn)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(shí)間測(cè)得的導(dǎo)塊12的位移為△ X2，導(dǎo)塊12的推進(jìn)速度為V2= Δ X2/△ t，上軸肩3在單位時(shí)間焊接速度V1=AxiMt, ΔΧ1*上軸肩3移動(dòng)的距離，焊接速度V1與推進(jìn)速度V2之比為ω，ω與焊機(jī)內(nèi)給定的《標(biāo)隹進(jìn)行比較，若ω大于1.1倍的0標(biāo)隹，則增加直線電機(jī)的推進(jìn)力;若ω小于0.8倍的ω?隹，則減小直線電機(jī)的推進(jìn)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(jī)停止工作確保焊接過程繼續(xù)進(jìn)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(gè)焊接過程大體可以劃分為三個(gè)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(gè)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(gè)階段ω的關(guān)系應(yīng)該是:
ω灘〈ω驗(yàn)。
[0030]另外，還需通過線能量檢測(cè)金屬擠入的難易程度，通過計(jì)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(jī)主機(jī)根據(jù)E的大小從數(shù)據(jù)庫中查詢出直線電機(jī)最大壓力值Fmax，確保直線電機(jī)壓力F〈Fmax，這樣可以防止因?yàn)闊彷斎胼^小造成填充金屬流動(dòng)性差而直線電機(jī)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(shí)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(qiáng)度、韌性、塑性的目的。焊機(jī)主機(jī)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(jì)算出焊接線能量，同時(shí)計(jì)算出焊接允許最快填充速度，進(jìn)而限制直線電機(jī)下壓力，防止因填充金屬流動(dòng)性不足造成焊機(jī)損壞。
[0032]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)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(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(jī)架，所述機(jī)架上安裝有若干個(gè)直線電機(jī)，直線電機(jī)通過連桿與位于機(jī)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(dòng)，所述中心軸的下端與導(dǎo)塊固定連接，導(dǎo)塊與若干個(gè)推動(dòng)桿連接，推動(dòng)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(jī)頭連接，機(jī)頭固定在機(jī)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(dòng)。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(dòng)齒輪和被動(dòng)齒輪，所述被動(dòng)齒輪套在上軸肩上，被動(dòng)齒輪與上軸肩固定連接，導(dǎo)孔位于被動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)。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(shí)間測(cè)得的導(dǎo)塊的位移為A X2，導(dǎo)塊的推進(jìn)速度為V2= △ X2/△ t，焊接速度V1= Δ X1/At，Δ X1為上軸肩相對(duì)工件表面移動(dòng)的距離，焊接速度V1與推進(jìn)速度V2之比為ω，ω與焊機(jī)內(nèi)給定的進(jìn)行比較，若ω大于1.1倍則增加直線電機(jī)的推進(jìn)力;若ω小于0.8倍ω標(biāo)隹則減小直線電機(jī)的推進(jìn)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(jī)停止工作確保焊接過程繼續(xù)進(jìn)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(gè)階段的ω值大小關(guān)系為ω崛<ω灘〈ω驗(yàn)。
【文檔編號(hào)】B23K20/12GK106001902SQ201610446761
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)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(qǐng)人】江蘇科技大學(xué)