專利名稱：載流線性摩擦焊接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及線性摩擦焊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種線性摩擦焊接裝置。
背景技術(shù)：
線性摩擦焊接的原理是一個試件高頻往復(fù)振動，另一試件在一定負載力作用下和振動試件接觸，從而產(chǎn)生摩擦熱，界面溫度快速升高，形成飛邊被擠出；當(dāng)界面溫度升高到一定程度時，振動試件快速停止振動，同時施加一定的頂鍛壓力并保持一定時間，界面金屬通過相互擴散與再結(jié)晶焊接在一起，從而完成整個焊接過程。此外，線性摩擦焊接技術(shù)具有以下一些特點(1)不僅能焊接圓截面的試件，而且能焊非圓截面的試件。(2)固態(tài)焊接，可以形成可再生、高質(zhì)量的焊縫。(3)不需要填充焊絲和保護氣體。(4)焊接過程不會產(chǎn)生煙塵和飛濺的現(xiàn)象。(5)焊接接頭的晶粒組織很細，其靜態(tài)、動態(tài)力學(xué)性能超過母材。近年來，線性摩擦焊接技術(shù)在航空發(fā)動機的應(yīng)用方面取得了令人矚目的成就。美國焊接學(xué)會已將線性摩擦焊接技術(shù)列為一項關(guān)鍵技術(shù)進行研究和推廣。目前，英國焊接研究所(TWI)正與歐洲多家組織合作，預(yù)計用七年半的時間研究開發(fā)出適應(yīng)性更強、成本更低的線性摩擦焊技術(shù)。目前國內(nèi)主要有西北工業(yè)大學(xué)和北京航空工程研究所進行了這方面的研究工作。國內(nèi)在這方面的研究還比較少。因此，對線性摩擦焊接技術(shù)的研究、改進、推廣具有重要意義。目前的線性摩擦焊接設(shè)備原理框圖參見圖1.它包括振動組件21、控制系統(tǒng)22、頂鍛液壓系統(tǒng)23、頂鍛床身M、頂鍛滑臺25、頂鍛端夾具沈、振動端夾具四、振動滑臺30和振動導(dǎo)軌31。振動組件21與振動滑臺30相連，振動滑臺30安裝在振動導(dǎo)軌31上，振動端夾具四固定在振動滑臺30上，振動端夾具四夾持有振動端試件觀；頂鍛液壓系統(tǒng)23與頂鍛滑臺25通過活塞桿相連，頂鍛滑臺25安裝在頂鍛床身M上，頂鍛端夾具沈固定在頂鍛滑臺25上，頂鍛端夾具沈上夾持有頂鍛端試件27。控制系統(tǒng)22控制頂鍛系統(tǒng)23和振動組件21的工作狀態(tài)。傳統(tǒng)線性摩擦焊接設(shè)備的振動組件大概可以分為四種機械式、電磁式、液壓式和氣壓式。工作時，由振動組件提供動力驅(qū)使振動滑臺帶動振動端試件高頻往復(fù)振動，頂鍛端試件在頂鍛液壓系統(tǒng)作用下和振動試件接觸，從而產(chǎn)生摩擦熱，界面溫度快速升高，形成飛邊被擠出；當(dāng)界面溫度升高到一定程度時，振動試件快速停止振動，同時施加一定的頂鍛壓力并保持一定時間，界面金屬通過相互擴散與再結(jié)晶焊接在一起，從而完成整個焊接過程。傳統(tǒng)線性摩擦焊接設(shè)備的缺點是第一，實現(xiàn)試件振動的振動組件部分機構(gòu)復(fù)雜， 當(dāng)前的焊接設(shè)備中，焊接所需的熱量全部從高頻振動摩擦產(chǎn)生，為滿足線性摩擦焊接中的高頻負載振動，振動組件的機構(gòu)需要設(shè)計的比較復(fù)雜，例如液壓式線性摩擦焊接設(shè)備，為了滿足上述需要，要求伺服閥同時具有高頻響、大流量的特點，頻響和流量是一對矛盾的指標(biāo)，而且需要設(shè)計一套龐大的液壓系統(tǒng)；第二，能耗大，效率低，由于傳統(tǒng)焊接設(shè)備的振動組件部分比較龐大和復(fù)雜，因此在工作時，高頻振動產(chǎn)生的加速度非常大，而振動組件的質(zhì)量又很大，所以產(chǎn)生的慣性力很大，線性摩擦焊接設(shè)備的功率高達幾百千瓦，而焊接接頭處消耗的功率僅占1/20 1/30，大部分功率用于克服振動組件產(chǎn)生的慣性力，導(dǎo)致效率低，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)簡單、能耗小、效率高、焊接成本低的載流線性摩擦焊接設(shè)備。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的載流線性摩擦焊接裝置，包括控制系統(tǒng)、頂鍛端系統(tǒng)和振動端系統(tǒng)，所述頂鍛端系統(tǒng)包括頂鍛端夾具，所述振動端系統(tǒng)包括振動端夾具，所述頂鍛端夾具與振動端夾具相對設(shè)置，還包括輔助電源，所述輔助電源的兩極分別與頂鍛端夾具與振動端夾具電連接。進一步，所述輔助電源的控制輸入端與控制系統(tǒng)的控制輸出端電連接，控制系統(tǒng)在運行時控制輔助電源開關(guān)接通。進一步，所述頂鍛端系統(tǒng)還包括頂鍛液壓系統(tǒng)、頂鍛滑臺和頂鍛床身，所述頂鍛滑臺滑動配合于頂鍛床身上，頂鍛液壓系統(tǒng)的活塞桿與頂鍛滑臺連接，用以帶動頂鍛滑臺在頂鍛床身上滑動，頂鍛端夾具設(shè)置在頂鍛滑臺上，所述頂鍛液壓系統(tǒng)的控制端與控制系統(tǒng)的控制輸出端電連接。進一步，所述振動端系統(tǒng)還包括包括振動導(dǎo)軌、振動滑臺和直線電機，所述振動導(dǎo)軌與頂鍛端夾具相對設(shè)置并與頂鍛床身垂直，振動滑臺與振動導(dǎo)軌可滑動連接，直線電機的輸出軸與振動滑臺連接，用以帶動振動滑臺在振動導(dǎo)軌上往復(fù)運動，所述直線電機的控制端與控制系統(tǒng)的控制輸出端電連接。進一步，輔助電源輸出的電流使摩擦焊接面電流密度為6-800A/mm2。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明的載流線性摩擦焊接裝置，焊接時在試件上加載電流，從而使試件接觸端面產(chǎn)生電阻熱，可降低對摩擦熱的要求，從而降低振動組件的復(fù)雜度和能耗，振動組件使用一直線電機即可實現(xiàn)，并可提高焊接效率。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中線性摩擦焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了本發(fā)明載流線性摩擦焊接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下將對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。參見圖1，本實施例的載流線性摩擦焊接裝置，包括控制系統(tǒng)2、頂鍛端系統(tǒng)和振動端系統(tǒng)。所述頂鍛端系統(tǒng)包括頂鍛端夾具8、頂鍛液壓系統(tǒng)5、頂鍛滑臺7和頂鍛床身6，所述頂鍛滑臺7滑動配合于頂鍛床身6上，頂鍛液壓系統(tǒng)5的活塞桿與頂鍛滑臺7連接，用以帶動頂鍛滑臺7在頂鍛床身6上滑動，頂鍛端夾具8設(shè)置在頂鍛滑臺7上，所述頂鍛液壓系統(tǒng)5的控制端與控制系統(tǒng)2的控制輸出端電連接。所述振動端系統(tǒng)還包括振動端夾具11、振動導(dǎo)軌1、振動滑臺12和直線電機2，所述振動導(dǎo)軌1與頂鍛端夾具8相對設(shè)置并與頂鍛床身6垂直，振動滑臺12與振動導(dǎo)軌1可滑動連接，直線電機2的輸出軸與振動滑臺12連接，用以帶動振動滑臺12在振動導(dǎo)軌1上往復(fù)運動，所述直線電機2的控制端與控制系統(tǒng)2的控制輸出端電連接。所述頂鍛端夾具8與振動端夾具11相對設(shè)置，還包括輔助電源3，所述輔助電源3 中包括一變壓裝置，所述變壓裝置的兩端分別與頂鍛端夾具8與振動端夾具11電連接，而頂鍛端夾具8與振動端夾具11需為導(dǎo)體，以使頂鍛端夾具8、頂鍛端試件9、振動端試件10、 振動端夾具11與輔助電源3形成回路。所述輔助電源3的控制輸入端與控制系統(tǒng)2的控制輸出端電連接，控制系統(tǒng)2在運行時控制輔助電源3開關(guān)接通。焊接時，振動端試件10在直線電機2的驅(qū)動下開始低頻、低幅振動，頂鍛端試件9 在頂鍛液壓系統(tǒng)5的作用下與振動端試件10緊密接觸，同時控制系統(tǒng)2將輔助電源3開關(guān)接通，輔助電源3中的變壓裝置產(chǎn)生低壓大電流，在試件接觸端面產(chǎn)生電阻熱，當(dāng)試件接觸端面(即摩擦焊接面)電流密度為6-800A/mm2，焊接效果較佳；隨后振動端試件10的頻率和振幅加大，在摩擦熱和電阻熱的共同作用下，試件接觸界面被加熱，金屬界面軟化、發(fā)生塑性流動，形成飛邊，當(dāng)界面金屬被加熱到可實現(xiàn)焊接的程度時，控制系統(tǒng)2將輔助電源3 的開關(guān)斷開，同時直線電機2停止，頂鍛液壓系統(tǒng)5施加一定的頂鍛力并保持一定時間，界面金屬通過相互擴散與再結(jié)晶焊接在一起，從而完成整個焊接過程。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.載流線性摩擦焊接裝置，包括控制系統(tǒng)O)、頂鍛端系統(tǒng)和振動端系統(tǒng)，所述頂鍛端系統(tǒng)包括頂鍛端夾具(8)，所述振動端系統(tǒng)包括振動端夾具(11)，所述頂鍛端夾具(8)與振動端夾具(11)相對設(shè)置，其特征在于還包括輔助電源(3)，所述輔助電源的兩極分別與頂鍛端夾具(8)與振動端夾具(11)電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的載流線性摩擦焊接裝置，其特征在于所述輔助電源(3)的控制輸入端與控制系統(tǒng)⑵的控制輸出端電連接，控制系統(tǒng)⑵在運行時控制輔助電源⑶ 開關(guān)接通。
3.如權(quán)利要求1或2所述的載流線性摩擦焊接裝置，其特征在于所述頂鍛端系統(tǒng)還包括頂鍛液壓系統(tǒng)(5)、頂鍛滑臺(7)和頂鍛床身(6)，所述頂鍛滑臺(7)滑動配合于頂鍛床身(6)上，頂鍛液壓系統(tǒng)( 的活塞桿與頂鍛滑臺(7)連接，用以帶動頂鍛滑臺(7)在頂鍛床身(6)上滑動，頂鍛端夾具(8)設(shè)置在頂鍛滑臺(7)上，所述頂鍛液壓系統(tǒng)( 的控制端與控制系統(tǒng)O)的控制輸出端電連接。
4.如權(quán)利要求3所述的載流線性摩擦焊接裝置，其特征在于所述振動端系統(tǒng)還包括包括振動導(dǎo)軌(1)、振動滑臺(1 和直線電機O)，所述振動導(dǎo)軌(1)與頂鍛端夾具(8)相對設(shè)置并與頂鍛床身(6)垂直，振動滑臺(1 與振動導(dǎo)軌(1)可滑動連接，直線電機(2) 的輸出軸與振動滑臺(1 連接，用以帶動振動滑臺(1 在振動導(dǎo)軌(1)上往復(fù)運動，所述直線電機⑵的控制端與控制系統(tǒng)⑵的控制輸出端電連接。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的載流線性摩擦焊接裝置，其特征在于輔助電源輸出的電流使摩擦焊接面電流密度為6-800A/mm2。
全文摘要
本發(fā)明涉及線性摩擦焊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種線性摩擦焊接裝置，具體公開了一種結(jié)構(gòu)簡單、能耗小、效率高、焊接成本低的載流線性摩擦焊接設(shè)備，包括控制系統(tǒng)、頂鍛端系統(tǒng)和振動端系統(tǒng)，所述頂鍛端系統(tǒng)包括頂鍛端夾具，所述振動端系統(tǒng)包括振動端夾具，所述頂鍛端夾具與振動端夾具相對設(shè)置，還包括輔助電源，所述輔助電源的兩極分別與頂鍛端夾具與振動端夾具電連接；本發(fā)明的載流線性摩擦焊接裝置，焊接時在試件上加載電流，從而使試件接觸端面產(chǎn)生電阻熱，可降低對摩擦熱的要求，從而降低振動組件的復(fù)雜度和能耗，振動組件使用一直線電機即可實現(xiàn)，并可提高焊接效率。
文檔編號B23K20/12GK102303184SQ201110242608
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者王小明, 王穎, 羅鍵 申請人:重慶大學(xué)