一種攪拌摩擦焊成形裝置及其焊接方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬焊接技術(shù)領域，具體涉及一種攪拌摩擦焊成形裝置及其焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]摩擦焊是利用板材端面相互運動、相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端部達到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種方法。攪拌摩擦焊在板材焊接方面有其獨特優(yōu)勢，但是由于現(xiàn)有技術(shù)采用攪拌頭和攪拌肩同步轉(zhuǎn)動，焊接件上表面既與攪拌頭摩擦生熱，又與攪拌肩摩擦生熱，在焊接區(qū)形成上高下低的“漏斗式”溫度場，表層溫度高，深層溫度低，焊接區(qū)底層尚未達到焊接所需的塑性狀態(tài)，造成底層難以焊合，或以上層組織過熱為代價，來提高下層板材溫度，而一些合金板材對焊接溫度和時間有嚴格限制，這一現(xiàn)象在厚板焊接中更為突出，因此，亟需提出一種方法來解決攪拌摩擦焊中存在的“漏斗式”溫度場的問題。
[0003]另外，由于超聲波振動裝置的諧振頻率對外界負載、熱載荷等因素較為敏感，這些因素的改變會引起超聲波振動裝置諧振頻率的變化，導致超聲波振動裝置失諧或者停止工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種攪拌摩擦焊成形裝置及其焊接方法，該裝置將攪拌頭與攪拌肩分別由2臺電機帶動，以達到轉(zhuǎn)向相反、轉(zhuǎn)速不同的目的，從而避免了焊接過程中的“漏斗式”溫度場的出現(xiàn)，確保焊縫組織的均勻性。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種攪拌摩擦焊成形裝置，包括電機、攪拌肩、攪拌頭、超聲裝置，所述超聲裝置包括依次連接的超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿，所述攪拌肩中心位置設有通孔，所述通孔的直徑大于所述攪拌頭的直徑，所述攪拌頭穿過所述通孔，所述電機為2臺，所述攪拌頭和攪拌肩分別與所述電機活動連接，所述變幅桿與所述攪拌肩固定連接，所述超聲裝置還包括頻率跟蹤器，所述頻率跟蹤器的兩端分別與所述超聲波發(fā)生器和所述換能器連接。
[0007]進一步，所述通孔內(nèi)設有軸承，所述攪拌頭穿過所述軸承與所述攪拌肩活動連接。
[0008]另，本發(fā)明還提供一種利用如上所述的成形裝置進行焊接的方法，包括以下步驟:
[0009]S1、將待焊接的兩塊板材放置在工作臺上，并通過固定裝置進行固定；
[0010]S2、所述換能器將所述超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻電能轉(zhuǎn)換為機械振動，通過所述變幅桿傳播縱向振動至攪拌肩和攪拌頭，并放大振幅，在攪拌頭與板材接觸處振幅達到最大；
[0011]S3、焊接時，所述攪拌頭、攪拌肩、變幅桿一起做進給運動，所述攪拌頭伸進板材內(nèi)部進行摩擦和攪拌，攪拌肩與板材表面摩擦，由2臺電機分別帶動的所述攪拌肩和攪拌頭轉(zhuǎn)動方向相反，所述攪拌頭的轉(zhuǎn)速為所述攪拌肩轉(zhuǎn)速的1.5-3倍，焊接完成后，所述攪拌頭、攪拌肩和變幅桿一起退出。
[0012]進一步，所述攪拌頭的轉(zhuǎn)速為所述攪拌肩轉(zhuǎn)速的2.0-2.5倍。
[0013]進一步，所述攪拌頭的轉(zhuǎn)速為所述攪拌肩轉(zhuǎn)速的2.1倍。
[0014]進一步，所述攪拌頭的轉(zhuǎn)速為1000-1800rpm。
[0015]本發(fā)明的有益效果如下:
[0016]1、攪拌肩和攪拌頭轉(zhuǎn)速不同，降低了攪拌肩與板材表面的摩擦生熱，避免形成“漏斗式”溫度場；
[0017]2、攪拌肩和攪拌頭轉(zhuǎn)向相反，有利于塑性區(qū)域金屬的流動，便于焊縫組織的均勻性；
[0018]3、引入頻率跟蹤器，實時調(diào)整超聲波發(fā)生器的頻率，使其與換能器工作在共振頻率點上。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的攪拌肩和攪拌頭連接示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為了使本領域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，基于本申請中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其它類同實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。
[0022]實施例一:
[0023]如圖1所示，一種攪拌摩擦焊成形裝置，包括電機、攪拌肩4、攪拌頭5、超聲裝置，所述電機為2臺，所述攪拌肩4與所述電機的軸通過軸承連接，所述攪拌頭5外套有齒輪，所述電機的軸外也套有齒輪，2個齒輪嚙合，將電機的的動力傳遞給攪拌頭5。所述超聲裝置包括依次連接的超聲波發(fā)生器1、換能器2、變幅桿3，還包括頻率跟蹤器8，所述頻率跟蹤器8的兩端分別與所述超聲波發(fā)生器I和所述換能器2通過導線連接，所述變幅桿3與所述攪拌肩4焊接。頻率跟蹤器8分別采集超聲波發(fā)生器I和換能器2的頻率，通過頻率跟蹤信號控制超聲波發(fā)生器1，使超聲波發(fā)生器I的頻率在一定范圍內(nèi)跟蹤換能器2的共振點，讓超聲波發(fā)生器I工作在最佳狀態(tài)。
[0024]如圖2所示，所述攪拌肩4中心位置設有通孔，所述攪拌頭5穿過所述通孔，所述通孔的直徑大于所述攪拌頭5的直徑，所述通孔內(nèi)設有軸承9，所述攪拌頭5穿過所述軸承9與所述攪拌肩4活動連接，用以減小攪拌頭5旋轉(zhuǎn)時的力矩。
[0025]一種利用如上所述的成形裝置進行焊接的方法，包括以下步驟:
[0026]S1、將待焊接的兩塊板材6放置在工作臺7上，并通過固定裝置進行固定；
[0027]S2、所述換能器2將所述超聲波發(fā)生器I發(fā)出的高頻電能轉(zhuǎn)換為機械振動，通過所述變幅桿3傳播縱向振動至攪拌肩4，并帶動內(nèi)部的攪拌頭5，放大振幅，在攪拌頭5與板材6接觸處振幅達到最大；
[0028]S3、焊接時，所述攪拌頭5、攪拌肩4、變幅桿3 —起做進給運動，當攪拌頭5縱向進給到與板材6接觸到時，所述攪拌頭5伸進板材6之間進行摩擦和攪拌，攪拌頭5與板材6表面摩擦生成的熱量使得板材6表面材料發(fā)生塑化，攪拌肩4與板材6上表面摩擦，使板材6上表面的塑化部分混合，由2臺電機帶動的所述攪拌肩4和攪拌頭5轉(zhuǎn)動方向相反，所述攪拌頭5的轉(zhuǎn)速為1000-1800rpm，優(yōu)選為1800rpm，所述攪拌頭5的轉(zhuǎn)速為所述攪拌肩4轉(zhuǎn)速的1.5-3倍，優(yōu)選地，所述攪拌頭5的轉(zhuǎn)速為所述攪拌肩4轉(zhuǎn)速的2.0-2.5倍，最優(yōu)為2.1倍。焊接完成后，所述攪拌頭5、攪拌肩4和變幅桿3 —起退出。攪拌肩4和攪拌頭5轉(zhuǎn)速不同，降低了攪拌肩4與板材6表面的摩擦生熱，避免形成“漏斗式”溫度場。攪拌肩4和攪拌頭5轉(zhuǎn)向相反，有利于塑性區(qū)域金屬的流動，便于焊縫組織的均勻性。
[0029]此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術(shù)人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【主權(quán)項】
1.一種攪拌摩擦焊成形裝置，包括電機、攪拌肩、攪拌頭、超聲裝置，所述超聲裝置包括依次連接的超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿，其特征在于，所述攪拌肩中心位置設有通孔，所述通孔的直徑大于所述攪拌頭的直徑，所述攪拌頭穿過所述通孔，所述電機為2臺，所述攪拌頭和攪拌肩分別與所述電機活動連接，所述變幅桿與所述攪拌肩固定連接，所述超聲裝置還包括頻率跟蹤器，所述頻率跟蹤器的兩端分別與所述超聲波發(fā)生器和所述換能器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種攪拌摩擦焊成形裝置，其特征在于，所述通孔內(nèi)設有軸承，所述攪拌頭穿過所述軸承與所述攪拌肩活動連接。
3.一種利用如權(quán)利要求1所述的成形裝置進行焊接的方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、將待焊接的兩塊板材放置在工作臺上，并通過固定裝置進行固定； 52、所述換能器將所述超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻電能轉(zhuǎn)換為機械振動，通過所述變幅桿傳播縱向振動至攪拌肩和攪拌頭，并放大振幅，在攪拌頭與板材接觸處振幅達到最大； 53、焊接時，所述攪拌頭、攪拌肩、變幅桿一起做進給運動，所述攪拌頭伸進板材內(nèi)部進行摩擦和攪拌，攪拌肩與板材表面摩擦，由2臺電機分別帶動的所述攪拌肩和攪拌頭轉(zhuǎn)動方向相反，所述攪拌頭的轉(zhuǎn)速為所述攪拌肩轉(zhuǎn)速的1.5-3倍，焊接完成后，所述攪拌頭、攪拌肩和變幅桿一起退出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接方法，其特征在于，所述攪拌頭的轉(zhuǎn)速為所述攪拌肩轉(zhuǎn)速的2.0-2.5倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接方法，其特征在于，所述攪拌頭的轉(zhuǎn)速為所述攪拌肩轉(zhuǎn)速的2.1倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接方法，其特征在于，所述攪拌頭的轉(zhuǎn)速為1000-1800rpm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種攪拌摩擦焊成形裝置及其焊接方法，包括電機、攪拌肩、攪拌頭、超聲裝置，所述超聲裝置包括依次連接的超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿，所述攪拌肩中心位置設有通孔，所述通孔的直徑大于所述攪拌頭的直徑，所述攪拌頭穿過所述通孔，所述電機為2臺，所述攪拌頭和攪拌肩分別與所述電機活動連接，所述變幅桿與所述攪拌肩固定連接，所述超聲裝置還包括頻率跟蹤器，所述頻率跟蹤器的兩端分別與所述超聲波發(fā)生器和所述換能器連接，在進行焊接時，所述攪拌肩和攪拌頭轉(zhuǎn)動方向相反，所述攪拌頭的轉(zhuǎn)速為所述攪拌肩轉(zhuǎn)速的1.5-3倍，該裝置和方法避免了焊接過程中的“漏斗式”溫度場的出現(xiàn)，確保焊縫組織的均勻性。
【IPC分類】B23K20-24, B23K20-12
【公開號】CN104722914
【申請?zhí)枴緾N201510161937
【發(fā)明人】蘇春建, 趙俊敏, 王清, 張鵬, 李寧, 王薛濤, 張景安, 葉帥
【申請人】山東科技大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月8日