一種擠入速度可調的填充式攪拌摩擦焊裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種擠入速度可調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動，所述中心軸的下端與導塊固定連接，導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，填充孔內填充有焊接材料；所述上軸肩與旋轉裝置固定連接，旋轉裝置通過第二軸承與機頭連接，機頭固定在機架下方，所述旋轉裝置設有導孔，導塊沿導孔上下移動。本發明的一種擠入速度可調的填充式攪拌摩擦焊裝置，通過直線電機推動導塊移動，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】
一種擠入速度可調的填充式攪拌摩擦焊裝置
技術領域
[0001]本發明涉及擠入速度可調的填充式攪拌摩擦焊裝置，屬于焊接領域。
【背景技術】
[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。雙軸肩攪拌摩擦焊除了具有普通攪拌摩擦焊技術的優點外，還可以焊接具有復雜形狀的中空構件;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用，然而當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和摩擦致使飛邊，導致母材中的金屬缺失而產生類似于孔洞、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、攪拌頭的尺寸以及攪拌頭攪拌針的結構來實現焊接過程中更加穩定，以此盡可能的減少飛邊避免由于金屬缺失造成的缺陷，然而并沒有實現理想的效果，并且其焊接可重復性差；另外，焊接開始和焊接結尾處留有巨大的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部的孔洞和隧道；(3)焊接大尺寸工件時出現焊接缺陷的可能性會顯著增加，導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的填充式攪拌摩擦焊裝置。
【發明內容】
[0005]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種擠入速度可調的填充式攪拌摩擦焊裝置，通過直線電機推動導塊移動，將焊接材料推入帶焊接頭中，填充過程中力度均勻適中。
[0006]技術方案:為解決上述技術問題，本發明的一種擠入速度可調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動，所述中心軸的下端與導塊固定連接，導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，填充孔內填充有焊接材料，填充孔末端的直徑小于填充孔直徑;所述上軸肩與旋轉裝置固定連接，旋轉裝置通過第二軸承與機頭連接，機頭固定在機架下方，所述旋轉裝置設有導孔，導塊沿導孔上下移動。
[0007]作為優選，所述旋轉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，導孔位于被動齒輪的頂端。
[0008]作為優選，所述導塊為長條狀。
[0009]作為優選，所述中心軸和定位筒均設有通孔，通孔內插入定位鍵，中心軸與定位筒通過定位鍵同步轉動。
[0010]作為優選，所述導塊上安裝有位移傳感器。
[0011]作為優選，所述位移傳感器在單位時間測得的導塊的位移為ΔΧ2，導塊的推進速度為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標隹則減小直線電機的推進力。
[0012]作為優選，所述若ω值與給定的ω標隹偏差超過0.2倍的ω標準則直線電機停止工作，確保焊接過程繼續進行從而防止填充系統由于受力過大損壞。
[0013]作為優選，焊接過程分為焊接預熱階段、焊接穩定階段和焊接收尾階段，三個階段的ω值大小關系為<^幌〈ω?< ω驗。
[0014]有益效果:本發明的擠入速度可調的填充式攪拌摩擦焊裝置，具有以下優點:
[0015](I)精密穩定的填充系統，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部參數的計算，填充速度根據實際需求可控，更科學的選擇推進力保證填充金屬適度適量；
[0017](3)根據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)焊接開始處和結束處金屬填充飽滿不會產生沒有金屬填充的V型缺口 ；
[0019](5)焊縫中的金屬更加致密，產生氣孔和裂紋的概率大大減少傳統雙軸肩攪拌摩擦焊接技術。
【附圖說明】
[0020]圖1為填充式雙軸肩攪拌摩擦焊裝置結構圖；
[0021 ]圖2為填充式雙軸肩攪拌摩擦頭結構圖；
[0022]圖3為旋轉系統結構圖；
[0023]圖4為填充系統圖；
[0024]圖5為導孔截面圖。
[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為導孔;12為導塊;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，本發明的一種擠入速度可調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均設有通孔，通孔內插入定位鍵14，中心軸15與定位筒13通過定位鍵14同步轉動，所述中心軸15的下端與導塊12固定連接，導塊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，填充孔4內填充有焊接材料，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與旋轉裝置固定連接，旋轉裝置通過第二軸承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圈，機頭9固定在機架18下方，所述旋轉裝置設有導孔11，所述導塊12的橫截面為長方形，導塊12沿導孔11上下移動。
[0027]在本發明中，所述旋轉裝置包含主動齒輪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，導孔11位于被動齒輪6的頂端，導塊12能順暢的通過導孔11-2，并且在其中涂抹潤滑油減少導塊與導孔的摩擦力。上軸肩3設計填充孔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]在本發明中，所述導塊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塊12的位移為△ X2，導塊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與焊機內給定的《標隹進行比較，若ω大于1.1倍的0標隹，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標準則填充系統故障，直線電機停止工作確保焊接過程繼續進行從而防止填充系統由于受力過大損壞。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，調節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，焊接預熱階段、焊接穩定階段、焊接收尾階段，這三個階段的ω值應有很大的不同。焊接預熱階段由于焊接溫度低且焊接速度慢ω值應較小;焊接穩定階段則根據具體焊縫焊接情況酌情調整;焊接收尾階段為了防止產生V型缺口 ω值應設定的非常小，確保金屬填充飽滿。通常三個階段ω的關系應該是:
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為轉速，T為扭矩,V1為焊接速度。焊機主機根據E的大小從數據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導致推桿損壞。
[0031 ]本發明可實現攪拌摩擦焊的過程中填充與母材具有相同物理、化學性質的金屬，可通過改變填充物的配方達到提高強度、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、攪拌頭轉速等參數計算出焊接線能量，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]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種擠入速度可調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動，所述中心軸的下端與導塊固定連接，導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，填充孔內填充有焊接材料，填充孔末端的直徑小于填充孔直徑;所述上軸肩與旋轉裝置固定連接，旋轉裝置通過第二軸承與機頭連接，機頭固定在機架下方，所述旋轉裝置設有導孔，導塊沿導孔上下移動。2.根據權利要求1所述的擠入速度可調的填充式攪拌摩擦焊裝置，其特征在于:所述旋轉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，導孔位于被動齒輪的頂端。3.根據權利要求1或2所述的擠入速度可調的填充式攪拌摩擦焊裝置，其特征在于:所述導塊為長條狀。4.根據權利要求1所述的擠入速度可調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有通孔，通孔內插入定位鍵，中心軸與定位筒通過定位鍵同步轉動。5.根據權利要求1所述的擠入速度可調的填充式攪拌摩擦焊裝置，其特征在于:所述導塊上安裝有位移傳感器。6.根據權利要求5所述的擠入速度可調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塊的位移為A X2，導塊的推進速度為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標隹則減小直線電機的推進力。7.根據權利要求6所述的擠入速度可調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《標隹偏差超過0.2倍的ω標準則填充系統故障，直線電機停止工作確保焊接過程繼續進行從而防止填充系統由于受力過大損壞。8.根據權利要求6或7所述的擠入速度可調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熱階段、焊接穩定階段和焊接收尾階段，三個階段的ω值大小關系為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