[发明专利]一种用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置及其随焊挤压方法

说明书

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊领域，具体地说是一种用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置及其随焊挤压方法。

背景技术

搅拌摩擦焊是英国焊接研究所（TWI）于1991年开发的一种新型固相连接技术，与传统熔化焊方法相比，它具有高质量、低成本、低变形和对环境无污染等优点；因此，自其发明以来，已成功应用于航天、航空、汽车和船舶等领域。在搅拌摩擦焊的过程中，往往在被焊工件底部放置一个刚性垫板，以对被焊工件起到顶锻支撑作用。焊接中被焊工件与垫板之间的紧密接触是获得优质焊缝的关键。为满足这一要求，常见做法是焊前对被焊工件实施刚性挤压，且挤压位置尽可能的靠近焊缝中心，以保证焊接过程中在焊具所经过的位置处，被焊工件与垫板之间都处于紧密接触的状态。通常情况下，这种装卡方式能够满足搅拌摩擦焊的需求，但当被焊工件宽度过大或过小时，这种装卡方式就显露出了一些不足。首先，在焊接宽度较大的金属板材时，卡具的尺寸必然也较大，这就增加了卡具的设计成本；同时，为使卡具尽可能的靠近焊缝中心而又不影响焊接中焊具的行走，又需进行较为繁琐的焊前装卡工作。而在对宽度较小的工件进行焊接时，这种常规的装卡方式又势必会压缩焊具的焊接实施空间，进而影响到焊接过程的正常进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于搅拌摩擦焊的随焊挤压装置及其随焊挤压方法，解决了采用搅拌摩擦焊接方法焊接宽度较大的金属板材时，卡具尺寸过大，焊前装卡过程繁琐的问题；以及焊接宽度较小的金属板材时，焊具可实施焊接的空间狭小的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明随焊挤压装置包括支座、支撑臂、施力弹簧、挤压轮、螺母及螺杆，其中支座安装在搅拌摩擦焊机套在主轴的静止轴套上，所述支撑臂的一端铰接在支座上，另一端安装有挤压轮，所述主轴上安装有带搅拌针的焊具，所述挤压轮位于该搅拌针焊接方向的前面；所述螺杆的一端铰接在支座上，另一端由支撑壁穿过、并与螺母螺纹连接，所述施力弹簧套在螺杆上，两端分别与螺杆及滑块相抵接。

其中：所述支撑臂为“L”型，两端均开有“U”型槽，在支撑臂上靠近支撑臂一端的部位开有条形孔，所述螺杆的另一端由该条形孔穿过；所述支撑臂上、位于条形孔内安装有连接块，该连接块通过第二销轴与支撑臂连接，所述螺杆的另一端由连接块穿过；所述挤压轮与焊具的水平间距为1～5mm，且挤压轮的最低点与焊具上轴肩处于同一水平面；所述挤压轮的直径为30～60mm，厚度大于或等于焊具上轴肩的直径；所述挤压轮对被焊工件所施加的挤压力通过主轴向下运动实现，所施加的挤压力为1～3KN。

本发明随焊挤压装置的随焊挤压方法，包括以下步骤：

步骤一，将支座固定在搅拌摩擦焊机的静止轴套上，实现所述随焊挤压装置在搅拌摩擦焊机上的固定；

步骤二，启动搅拌摩擦焊机，主轴开始旋转并向下移动，主轴通过向下运动，带动挤压轮向上运动，施力弹簧被压缩，保证挤压轮与焊具的水平间距在1～5mm，且挤压轮的最低点与焊具上轴肩处于同一水平面；此时，施力弹簧受力；挤压轮与被焊工件之间已经存在了相互作用力；

步骤三，停止主轴转动，螺杆自身带有螺母，调节螺母压缩施力弹簧，使挤压轮向下对被焊工件施加1～3kN的下压力；

步骤四，重启搅拌摩擦焊机，主轴重新旋转并带动焊具以设定的进给速度沿焊接方向移动进行焊接，形成焊缝；在这个过程中，对被焊工件施加了预定挤压力的挤压轮在焊具的前面沿焊接方向进行同步移动，起到搅拌摩擦焊过程的随焊挤压作用。

其中：在搅拌摩擦焊的过程中，所述被焊工件的两侧边缘通过卡具对被焊工件进行挤压限位；所述被焊工件为同类或异类可被焊接的金属板材，被焊工件可对接或搭接。

本发明的优点与积极效果为：

1．本发明随焊挤压装置焊接宽度较大或较小的金属板材时，能够有效降低卡具的制造成本，简化焊前装卡过程，增大焊具的施焊空间，从而保证了焊缝的优质成形并拓宽了搅拌摩擦焊技术的应用范围。

2．本发明随焊挤压装置中的支撑臂设计成“L”型，保证了挤压轮与焊具之间较小的水平间距，增强了焊接中挤压轮对被焊工件的随焊挤压效果。

3．本发明随焊挤压方法对宽度较大或较小的金属板材进行搅拌摩擦焊时，只需采用卡具在板材边缘对其进行挤压限位，而无需将卡具的刚性挤压作用施加在焊缝中心线附近，即可保证搅拌摩擦焊过程中焊具所经过位置处被焊工件与底部垫板的紧密接触，实现被焊工件的优质连接；这既降低了卡具的设计制造成本，又简化了焊前装卡过程，同时还显著增大了焊具的施焊空间，拓宽了搅拌摩擦焊技术的应用范围。

附图说明