CN109822208A - 一种双机头双面高效率搅拌摩擦焊设备及其焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双机头双面高效率搅拌摩擦焊设备及其焊接方法，设备包括底座，立柱，上横梁，上横梁上设有上机头，下横梁，下横梁上设有下机头，立柱、上横梁与下横梁组成一体结构的龙门架，上机头和下机头能够通过驱动装置和传动机构沿X轴、Y轴和Z轴移动，及沿Z轴转动，至少一个连接在底座水平面上的工作台，工作台位于上机头与下机头之间，且工作台与龙门架能够相对运动以实现焊接，安装在上机头和下机头上的用于导航和识别焊缝的视觉传感器，以及控制龙门架、上机头、下机头、工作台以及视觉传感器工作的CNC控制器。
Description
技术领域
本发明属于搅拌摩擦焊焊接设备技术领域，具体涉及一种双机头双面高效率搅拌摩擦焊设备及其焊接方法。
背景技术
自从搅拌摩擦焊接发明以来，搅拌摩擦焊接技术得到广泛的关注和深入的研究，特别是针对铝合金材料，世界范围的研究机构学校以及大公司都对此进行了深入细致的研究和工程应用开发。特别是近年来搅拌摩擦焊接在轨道交通和船舶航行业得到了成功的应用。
在铝合金板材或者型材搅拌摩擦焊接过程中，焊接方案采用一面焊接完成后，翻转零件完成另一面焊接。这种焊接方式会造成零件焊接变形难以控制，一些变形较大的零件需要进行矫形处理，降低生产效率增加生产成本。此外，在第一面搅拌摩擦焊接完成后，焊缝两侧形成飞边，需要打磨平整才能完成第二面焊接。在完整的焊接时间中，零件打磨和翻转零件占据整个过程的一半时间。由此致使铝合金型材搅拌摩擦焊接效率的低下。
公开号为CN102481659A的专利公开了一种金属板的接合方法及接合装置、以及冷轧设备的金属板接合方法及冷轧设备，在对厚度小于旋转工具的肩台部的直径的厚度的金属板进行双面摩擦搅拌接合的情况下，能够抑制金属板的断裂和接合不良，能够提高接合强度，提高接合强度的可靠性，而且能够延长工具寿命，提高旋转工具的经济性。虽然改设备也具有同时进行合金金属板的双面焊接，但是也只能进行单组焊接，不具有连续化操作的规模性，因此在提升整体焊接工艺的效率方面效果不大。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种能够提高摩擦焊接效率及质量的双机头双面高效率搅拌摩擦焊设备及其焊接方法。
本发明的目的是提供一种双机头双面高效率搅拌摩擦焊设备，包括：底座，设置在所述底座上的一对立柱，连接在所述立柱顶端的上横梁，所述上横梁上设有上机头，连接在立柱下端之间的下横梁，所述下横梁上设有与所述上机头上下对应的下机头，其中，立柱、上横梁与下横梁组成一体结构的龙门架，上机头和下机头能够通过驱动装置和传动机构沿X轴、Y轴和Z轴移动，及沿Z轴转动，上机头和下机头在X轴和Y轴移动是采用直线电机或者电机驱动齿轮齿条机构驱动，丝杠导轨或齿轮齿条导轨传动的方式，上机头和下机头在Z轴移动可采用伺服电动缸，液压，丝杠，齿轮齿条等传动方式，上机头和下机头在Z轴转动可采用电主轴或机械主轴加电机的方式，电机可分为伺服和异步电机。此外，上机头和下机头带有自动调整工艺摆角功能，可调整旋转角。至少一个连接在底座水平面上的工作台，所述工作台位于上机头与下机头之间，且工作台与所述龙门架能够相对运动以实现焊接，安装在上机头和下机头上的用于导航和识别焊缝的视觉传感器，以及控制龙门架、上机头、下机头、工作台以及视觉传感器工作的CNC控制器。
进一步地，所述底座的内侧设有轨道槽Ⅰ，所述工作台通过直线电机或者电机驱动齿轮齿条机构驱动能够沿所述轨道槽Ⅰ水平往复运动，与固定的所述龙门架形成相对运动。
进一步地，所述底座的上表面设有轨道槽Ⅱ，所述龙门架通过直线电机或者电机驱动齿轮齿条机构驱动能够沿所述轨道槽Ⅱ水平往复运动，与固定的所述工作台形成相对运动。
进一步地，所述工作台包括用于一次性装载多组待焊零件的固定板和活动板(夹具)，以及用于固定的锁定机构，通过在固定板和活动板(夹具)上相对开设的多个条形槽依次完成待焊零件的多条焊缝，同时小批量的进行多个零件焊接，减少了多次装夹和卸载的时间，可大大提高设备的工作效率。
进一步地，所述上机头和下机头的摩擦搅拌头末端设有防磨损垫片，降低上下摩擦搅拌头碰触时的磨损率，所述摩擦搅拌头上还开设有外螺纹，所述外螺纹处喷涂有耐磨涂层，外螺纹的设置不仅可以在搅拌时金属容易流动，不容易出现孔洞，且焊缝也更加美观，此外，还能减少两个摩擦搅拌头的接触面积，同时喷涂耐磨涂层，降低磨损率。
进一步地，所述防磨损垫片和耐磨涂层的原料按重量百分比计包括：70-80％碳化钨粉、4-6％氧化铝纤维、5-7％二氧化钛粉、1-3％氧化钒粉，余量为石墨粉。
进一步地，所述防磨损垫片的制备方法为：将上述原料成分于2800-3000℃下熔炼成液态合金，利用飞秒激光无序照射，飞秒激光器的重复频率为90-100MHz，斩波器的频率调至3500-4000Hz，每个斩波的周期中飞秒脉冲数约为18776，照射时间为5-10min，然后将液态合金逐步冷却至固态，再重熔，重复上述操作共5-8次，随后浇铸，锻压成型得到内部重塑后的防磨损棒材；将所述防磨损棒材与摩擦搅拌头末端通过冷压焊接工艺焊接，切割防磨损棒材至一定厚度形成防磨损垫片，打磨抛光即可。碳化钨具有高硬度和高耐磨性，增加的二氧化钛可弥补碳化钨较脆的缺点，氧化铝纤维能够进一步提高断裂韧性和抗弯强度，氧化钒用于填充碳化钨晶格之间的氧空位，降低氧离子的浓度，增大烧结体的致密度，石墨粉用于提高合金的润滑性，进而减低磨损率。将上述组分在熔炼时，通过飞秒激光无序照射，金属离子在吸收光能后易发生离子晶格振动，结合反复冷却重熔进而对合金的晶格进行离散重排。相较于照射固态合金，液态合金具有良好的流动性，则更有利于飞秒激光的穿透并有利于晶格离散重排，从而增加合金的耐磨性。所述耐磨涂层的制备方法为：将上述原料成分熔炼并利用飞秒激光无序照射后，采用激光重熔超音速火焰喷涂方法在所述外螺纹处结晶成涂层，激光重熔采用光纤激光器，工艺参数是离焦量2-3mm，扫描速度3mm/s，激光功率1000W，激光束固定为1mm×1mm的矩形光斑。由于很高的粒子撞击速度，喷涂出的涂层与摩擦搅拌头表面的结合强度高，不容易在摩擦时发生脱落。
进一步地，工作台优选为两个，可根据实际情况进行选择。
利用上述设备进行双面高效率搅拌摩擦焊的焊接方法，包括以下步骤：
S1：在所述工作台上装载待焊接零件，并在所述视觉传感器的导航下，驱动任意一个工作台向所述龙门架移动，此时另外的工作台则处于闲置工位；
S2：调整上机头和下机头同时对准并沿Z轴逐步靠近同一焊接起始点，上机头和下机头的摩擦搅拌头以100-15000r/min的速度原位旋转进入待焊接零件内部，直至上下两个摩擦搅拌头的末端接触后，再以100-7000mm/min焊接速度同步前进，到达焊接末端时，上摩擦搅拌头和下摩擦搅拌头同时退针，完成同一条待焊缝上下面的收尾焊接；
S3：上机头沿上横梁，下机头沿下横梁在Y轴方向上移动，重复S2步骤，完成同一工作台上待焊接零件的所有焊缝的焊接；
S4：龙门架移动至处于闲置工位的工作台，或处于闲置工位的工作台移动至龙门架的焊接区域，重复S1-S3，此时卸载焊接完成的零件，并重新装载待焊接零件。
进一步地，所述S2中所述上机头和下机头的摩擦搅拌头以100-15000r/min的速度原位旋转进入待焊接零件内部，直至上下两个摩擦搅拌头的末端接触后，上机头沿X轴进给等同于一个摩擦搅拌头直径的量，使上下两个摩擦搅拌头相互错位，上机头和下机头沿Z轴同时进给零件厚度8-20％的量，使上下两个摩擦搅拌头相互错位且工作区域部分重叠，再以100-15000r/min的旋转速度，以及100-7000mm/min焊接速度同步前进，到达焊接末端时，上摩擦搅拌头和下摩擦搅拌头依次退针，完成同一条待焊缝上下面的收尾焊接。
进一步地，本发明还可以搭载至少一台机械手辅助焊接零件的装载和卸载。
本发明的有益效果为：
(1)采用上机头和下机头双机头同步对待焊零件实施上下面搅拌摩擦焊接，节省了零件打磨和翻转的时间，提高了整体焊接工艺的效率。
(2)采用多工位布局，多个工作台交替工作，可以节省零件的上、下料准备时间，实现连续化作业，进一步提高焊接效率。
(3)工作台能够一次装载多组待焊零件，依次完成多条焊缝，同时小批量的进行多个零件焊接，减少了多次装夹和卸载的时间，可大大提高设备的工作效率。
(4)多摩擦搅拌头增加了防磨损垫片和外螺纹，并外螺纹处喷涂耐磨涂层，防磨损垫片可降低上下摩擦搅拌头碰触时的磨损率，外螺纹的设置不仅可以在搅拌时金属容易流动，不容易出现孔洞，且焊缝也更加美观，此外，还能减少两个摩擦搅拌头的接触面积，同时喷涂耐磨涂层，降低磨损率。
附图说明
图1是本发明实施例1中设备的立体结构示意图；
图2是本发明实施例2中设备的立体结构示意图；
图3是本发明实施例1和实施例2的中设备的右视图；
图4是本发明实施例1中设备的主视图；
图5是本发明实施例2中设备的主视图；
图6是本发明实施例6中带有两个工作台的设备的主视图，其中工作台移动，龙门架固定；
图7是本发明实施例7中带有三个工作台的设备的主视图，其中工作台固定，龙门架移动；
图8是本发明工作台的结构示意图；
图9是本发明摩擦搅拌头的结构示意图；
图10是本发明两个摩擦搅拌头相对接触进行搅拌焊的结构示意图；
图11是本发明两个摩擦搅拌头相对分离进行搅拌焊的结构示意图；
图12是本发明两个摩擦搅拌头相对交错接触进行搅拌焊的结构示意图；
图13是本发明两个摩擦搅拌头相对交错分离进行搅拌焊的结构示意图；
其中，1-底座、2-立柱、3-上横梁、4-下横梁、5-上机头、6-下机头、7-视觉传感器、8-CNC控制器、9-轨道槽Ⅰ、10-轨道槽Ⅱ、11-待焊零件、12-固定板、13-活动板、14-锁定机构、15-条形槽、16-摩擦搅拌头、17-防磨损垫片、18-外螺纹、19-第一工作台、20-第二工作台、21-第三工作台。
具体实施方式
实施例1：如图1、3、4所示，本实施例的搅拌摩擦焊设备包括：底座1，设置在底座1上的一对立柱2，连接在立柱2顶端的上横梁3，上横梁3上设有上机头5，连接在立柱2下端之间的下横梁4，下横梁4上设有与上机头5上下对应的下机头6。
其中，立柱2、上横梁3与下横梁4组成一体结构的龙门架，上机头5和下机头6能够通过驱动装置和传动机构沿X轴、Y轴和Z轴移动，及沿Z轴转动，上机头5和下机头6在X轴和Y轴移动是采用直线电机驱动，丝杠导轨或齿轮齿条导轨传动的方式，上机头5和下机头6在Z轴移动可采用伺服电动缸，液压，丝杠，尺寸齿条等传动方式，上机头5和下机头6在Z轴转动可采用电主轴或机械主轴加电机的方式，电机可分为伺服和异步电机。此外，上机头5和下机头6带有自动调整工艺摆角功能，可调整旋转角。
如图1所示，连接在底座1水平面上的第一工作台19和第二工作台20，底座1的内侧设有轨道槽Ⅰ9，第一工作台19或第二工作台20通过直线电机驱动能够沿轨道槽Ⅰ9水平往复运动，与固定的龙门架形成相对运动，以此靠近或远离上机头1和下机头4的焊接区域，还有安装在上机头5和下机头6上的用于导航和识别焊缝的视觉传感器7，以及控制上机头5、下机头6、第一工作台19或第二工作台20以及视觉传感器7工作的PCL控制器8。
如图8所示，第一工作台19和第二工作台20包括用于一次性装载1-3组待焊零件11的固定板12和活动板13，以及用于固定的锁定机构14，通过在固定板12和活动板13上相对开设的多个条形槽15依次完成待焊零件11的多条焊缝，同时小批量的进行多个零件焊接，减少了多次装夹和卸载的时间，可大大提高设备的工作效率。
利用本实施例的设备对厚度为30mm的铝合金板材进行焊接的方法包括以下步骤：
S1：在第一工作台19和第二工作台20上装载待焊接零件，在视觉传感器7的导航下，电机驱动第一工作台19向龙门架移动，此时第二工作台20则处于闲置工位；
S2：调整上机头5和下机头6同时对准并沿Z轴逐步靠近第一工作台19上左端焊缝的同一焊接起始点，上机头5和下机头6的摩擦搅拌头16以100r/min的速度原位旋转进入待焊接零件内部，直至上下两个摩擦搅拌头16的末端进入到焊零件11厚度的40％，上下两个摩擦搅拌头16末端不接触，防止磨损，再以100mm/min焊接速度同步前进，到达焊接末端时，上摩擦搅拌头16和下摩擦搅拌头16同时退针，完成同一条待焊缝上下面的收尾焊接；
S3：上机头5沿上横梁3，下机头6沿下横梁4在Y轴方向上移动，重复S2步骤，完成第一工作台19上待焊接零件的所有焊缝的焊接；
S4：将处于闲置工位的第二工作台20移动至龙门架的焊接区域，重复S1-S3，此时配合机械手卸载焊接完成的零件，并重新装载待焊接零件。
实施例2：如图2、3、5所示，本实施例的搅拌摩擦焊设备包括：底座1，设置在底座1上的一对立柱2，连接在立柱2顶端的上横梁3，上横梁3上设有上机头5，连接在立柱2下端之间的下横梁4，下横梁4上设有与上机头5上下对应的下机头6。
其中，立柱2、上横梁3与下横梁4组成一体结构的龙门架，上机头5和下机头6能够通过驱动装置和传动机构沿X轴、Y轴和Z轴移动，及沿Z轴转动，上机头5和下机头6在X轴和Y轴移动是采用直线电机驱动，丝杠导轨或齿轮齿条导轨传动的方式，上机头5和下机头6在Z轴移动可采用伺服电动缸，液压，丝杠，尺寸齿条等传动方式，上机头5和下机头6在Z轴转动可采用电主轴或机械主轴加电机的方式，电机可分为伺服和异步电机。此外，上机头5和下机头6带有自动调整工艺摆角功能，可调整旋转角。
如图2所示，连接在底座1水平面上的第一工作台19和第二工作台20，底座1的上表面设有轨道槽Ⅱ10，龙门架通过直线电机驱动能够沿轨道槽Ⅱ10水平往复运动，与固定的第一工作台19或第二工作台20形成相对运动。还有安装在上机头5和下机头6上的用于导航和识别焊缝的视觉传感器7，以及控制上机头5、下机头6、第一工作台19或第二工作台20以及视觉传感器7工作的PCL控制器8。
如图8所示，第一工作台19和第二工作台20包括用于一次性装载1-3组待焊零件11的固定板12和活动板13，以及用于固定的锁定机构14，通过在固定板12和活动板13上相对开设的多个条形槽15依次完成待焊零件11的多条焊缝，同时小批量的进行多个零件焊接，减少了多次装夹和卸载的时间，可大大提高设备的工作效率。
利用本实施例的设备对厚度为30mm的铝合金板材进行焊接的方法包括以下步骤：
S1：在第一工作台19和第二工作台20上装载待焊接零件，并在视觉传感器7的导航下，驱动第一工作台19向龙门架移动，此时第二工作台20则处于闲置工位；
S2：调整上机头5和下机头6同时对准并沿Z轴逐步靠近第一工作台19上左端焊缝的同一焊接起始点，上机头5和下机头6的摩擦搅拌头16以200r/min的速度原位旋转进入待焊接零件内部，直至上下两个摩擦搅拌头16的末端接触后，上机头5沿X轴进给等同于一个摩擦搅拌头16直径的量，使上下两个摩擦搅拌头16相互错位，上机头5和下机头6沿Z轴同时进给零件厚度10％的量，使上下两个摩擦搅拌头16相互错位且工作区域部分重叠，再以500r/min的旋转速度，以及200mm/min焊接速度同步前进，到达焊接末端时，上摩擦搅拌头16和下摩擦搅拌头16依次退针，完成同一条待焊缝上下面的收尾焊接。
S3：上机头5沿上横梁3，下机头6沿下横梁4在Y轴方向上移动，重复S2步骤，完成第一工作台19上待焊接零件的所有焊缝的焊接；
S4：龙门架移动至处于闲置工位的第二工作台20的焊接区域，重复S1-S3，此时配合机械手卸载焊接完成的零件，并重新装载待焊接零件。
实施例3：本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：
(1)本实施例的摩擦搅拌头16末端设有防磨损垫片17，防磨损垫片17的制备方法为：将80％碳化钨粉、6％氧化铝纤维、7％二氧化钛粉、3％氧化钒粉，4％石墨粉混合后于3000℃下熔炼成液态合金，利用飞秒激光无序照射，飞秒激光器的重复频率为95MHz，斩波器的频率调至4000Hz，每个斩波的周期中飞秒脉冲数约为18776，照射时间为6min，然后将液态合金逐步冷却至固态，再重熔，重复上述操作共6次，随后浇铸，锻压成型得到内部重塑后的防磨损棒材；将防磨损棒材与摩擦搅拌头16末端通过冷压焊接工艺焊接，切割防磨损棒材至一定厚度形成防磨损垫片17，打磨抛光即可。
(2)S2：调整上机头5和下机头6同时对准并沿Z轴逐步靠近第一工作台19上左端焊缝的同一焊接起始点，上机头5和下机头6的摩擦搅拌头16以800r/min的速度原位旋转进入待焊接零件内部，直至上下两个摩擦搅拌头16的末端进入到焊零件11厚度的40％，上下两个摩擦搅拌头16末端不接触，防止磨损，再以1500mm/min焊接速度同步前进，到达焊接末端时，上摩擦搅拌头16和下摩擦搅拌头16同时退针，完成同一条待焊缝上下面的收尾焊接；
实施例4：本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于：
(1)本实施例的摩擦搅拌头16末端设有防磨损垫片17，且外侧还开设有外螺纹18。
(2)S2：调整上机头5和下机头6同时对准并沿Z轴逐步靠近第一工作台19上左端焊缝的同一焊接起始点，上机头5和下机头6的摩擦搅拌头16以15000r/min的速度原位旋转进入待焊接零件内部，直至上下两个摩擦搅拌头16的末端接触后，上机头5沿X轴进给等同于一个摩擦搅拌头16直径的量，使上下两个摩擦搅拌头16相互错位，上机头5和下机头6沿Z轴同时进给零件厚度10％的量，使上下两个摩擦搅拌头16相互错位且工作区域部分重叠，再以15000r/min的旋转速度，以及7000mm/min焊接速度同步前进，到达焊接末端时，上摩擦搅拌头16和下摩擦搅拌头16依次退针，完成同一条待焊缝上下面的收尾焊接。
实施例5：本实施例与实施例4基本相同，不同之处在于，外螺纹18处喷涂有耐磨涂层。耐磨涂层的制备方法为：将上述原料成分熔炼并利用飞秒激光无序照射后，采用激光重熔超音速火焰喷涂方法在外螺纹18处结晶成涂层，激光重熔采用光纤激光器，工艺参数是离焦量3mm，扫描速度3mm/s，激光功率1000W，激光束固定为1mm×1mm的矩形光斑。由于很高的粒子撞击速度，喷涂出的涂层与摩擦搅拌头16表面的结合强度高，不容易在摩擦时发生脱落。
实施例6：本实施例选用30组500×200×8mm规格的铝合金板材作为实验用材，以本发明的设备为实验对象，研究分别搭载有不同数目工作台的设备的工作效率。
实验组1：如图6所示，以实施例1中的设备搭载一个工作台，记为第一工作台19；
实验组2：如图4所示，以实施例2中的设备搭载两个工作台，分别记为第一工作台19、第二工作台20；
实验组3：如图7所示，以实施例2中的设备搭载三个工作台，分别记为第一工作台19、第二工作台20、第三工作台21；
实验组4：以公开号为CN102481659A的装置进行焊接；
实验组5：以传统方式进行单面依次焊接。
实验组1-5同时装载满3组待焊接零件，焊接速度均为350mm/min，且其余条件均相同，4组焊接效率的结果如表1所示：
表1：30个铝合金焊接零件的焊接效率结果比较
| 实验组1 | 实验组2 | 实验组3 | 实验组4 | 实验组5 | |
| 总时长/min | 52.8 | 51.3 | 51.1 | 75.8 | 108.0 |
| 平均用时/min | 1.76 | 1.71 | 1.70 | 2.53 | 3.60 |
结论：由表1可看出，采用本发明设备进行焊接的实验组1-3单组焊接零件用时差不多，其中实验组2和实验组3用时基本相同，大约在1.7min，考虑到设备投资和体积问题，由此也可得出两个工作台即为最优设置。实验组4的装置平均用时为2.53min，长于实验组1-3，由于不具有多组同时焊接的功能，因此在装卸过程中较为费时。其中，实验组5由于单边焊接，翻转打磨飞边用时较多，因此平均用时最长为3.6min。
实施例7：本实施例选用30组500×200×8mm规格的铝合金板材作为实验用材，研究发明的设备以不同焊接方式焊接零件对焊件质量的影响。
实验组1：如图10所示，在进入待焊零件11内部时上下两个摩擦搅拌头16的末端相碰触，摩擦搅拌头16的末端设有防磨损垫片17，摩擦搅拌头16的搅拌速度为400r/min，焊接速度为250mm/min；
实验组2：在进入待焊零件11内部时上下两个摩擦搅拌头16的末端相碰触后，上机头5沿X轴进给等同于一个摩擦搅拌头16直径的量，使上下两个摩擦搅拌头16相互错位且接触，如图12所示，其中摩擦搅拌头16的末端设有防磨损垫片17，外侧开设有外螺纹18，且外螺纹18上喷涂有耐磨涂层；摩擦搅拌头16的搅拌速度为400r/min，焊接速度为200mm/min；
实验组3：与实验组1基本相同，不同之处在于，摩擦搅拌头16的末端不设防磨损垫片17；
实验组4：与实验组3基本相同，不同之处在于，如图11所示，摩擦搅拌头16的末端不接触；
实验组5：与实验组2基本相同，不同之处在于，两个摩擦搅拌头16相互错位但不接触，如图13所示；
实验组6：与实验组2基本相同，不同之处在于，摩擦搅拌头16的外侧只开设有外螺纹18，没有喷涂耐磨涂层；
实验组7：与实验组2基本相同，不同之处在于，摩擦搅拌头16的外侧只喷涂耐磨涂层，而没有开设外螺纹18；
以实验组1-7的焊接方法分别对30组500×200×8mm规格的铝合金板材进行焊接，在累计100h内，对焊接完成后的成品进行性能检测，结果如表2所示。
表2：不同焊接方法的焊接成品及摩擦搅拌头的性能测试结果
结论：由表2可知，实验组2在成品性能检测各项都为最优，由于交错重合搅拌使得搅拌更加充分，以此横截面粗糙度更小更细致。实验组4由于在防磨损垫片以及耐磨涂层的保护下，上下摩擦搅拌头不接触，因此磨损率最低，仅为0.5％，其次为实验组5，为0.6％，由于两个摩擦搅拌头交错叉开相较于实验组4的伸入度更多，因此磨损也能稍微严重些，实验组2是由于两个摩擦搅拌头螺纹处需要摩擦，因此磨损率要更为高一点为0.7％。
实施例8：采用不同材质及制备方法的防磨损垫片相对抵触，采用在累计100h内以400r/min的旋转速度对不同防磨损垫片材质的磨损性能进行测试，如表3所示：
表3：不同防磨损垫片材质的磨损性能进行测试
结论：由本实施可看出，采用本发明的方法制作的防磨损垫片的磨损率最低为1.1％，并且还可发现，同等材质，进行光秒激光照射的防磨损垫片的磨损率要低于未经光秒激光照射的防磨损垫片。
Claims (7)
1.一种双机头双面高效率搅拌摩擦焊设备，其特征在于，包括：
底座(1)，
设置在所述底座(1)上的一对立柱(2)，
连接在所述立柱(2)顶端的上横梁(3)，所述上横梁(3)上设有上机头(5)，连接在立柱(2)下端之间的下横梁(4)，所述下横梁(4)上设有与所述上机头(5)上下对应的下机头(6)，其中，立柱(2)、上横梁(3)与下横梁(4)组成一体结构的龙门架，上机头(5)和下机头(6)能够通过驱动装置和传动机构沿X轴、Y轴和Z轴移动，及沿Z轴转动，上机头(5)与上横梁(3)，下机头(6)与下横梁(4)间通过转轴相连，上机头(5)与下机头(6)可通过转轴进行焊接角度调整；
至少一个连接在底座(1)水平面上的工作台，所述工作台位于上机头(5)与下机头(6)之间，且工作台与所述龙门架能够相对运动以实现焊接，
安装在上机头(5)和下机头(6)上的用于导航和识别焊缝的视觉传感器(7)，以及
控制龙门架、上机头(5)、下机头(6)、工作台以及视觉传感器(7)工作的CNC控制器(8)。
2.如权利要求1所述的一种双机头双面高效率搅拌摩擦焊设备，其特征在于，所述底座(1)的内侧设有轨道槽Ⅰ(9)，所述工作台通过直线电机或者电机驱动齿轮齿条机构驱动能够沿所述轨道槽Ⅰ(9)水平往复运动，与固定的所述龙门架形成相对运动。
3.如权利要求1所述的一种双机头双面高效率搅拌摩擦焊设备，其特征在于，所述底座(1)的上表面设有轨道槽Ⅱ(10)，所述龙门架通过直线电机或者电机驱动齿轮齿条机构驱动能够沿所述轨道槽Ⅱ(10)水平往复运动，与固定的所述工作台形成相对运动。
4.如权利要求1或2或3所述的一种双机头双面高效率搅拌摩擦焊设备，其特征在于，所述工作台包括用于一次性装载多组待焊零件(11)的固定板(12)和活动板(13)，以及用于固定的锁定机构(14)，通过在固定板(12)和活动板(13)上相对开设的多个条形槽(15)依次完成待焊零件(11)的多条焊缝。
5.如权利要求1所述的一种双机头双面高效率搅拌摩擦焊设备，其特征在于，所述上机头(5)和下机头(6)的摩擦搅拌头(16)末端设有防磨损垫片(17)，所述摩擦搅拌头(16)上还开设有外螺纹(18)，所述外螺纹(18)处喷涂有耐磨涂层。
6.如权利要求5所述的一种双机头双面高效率搅拌摩擦焊设备，其特征在于，所述防磨损垫片(17)和耐磨涂层的原料按重量百分比计包括：70-80％碳化钨粉、4-6％氧化铝纤维、5-7％二氧化钛粉、1-3％氧化钒粉，余量为石墨粉；将上述原料成分熔炼后利用飞秒激光无序照射，冷却重熔后重复上述操作多次，浇铸，锻压成型，得到内部重塑后的防磨损棒材；
所述防磨损垫片(17)的制备方法为：将上述原料成分熔炼后利用飞秒激光无序照射，冷却重熔后重复上述操作多次，浇铸，锻压成型，得到内部重塑后的防磨损棒材；将所述防磨损棒材与摩擦搅拌头(16)末端通过冷压焊接工艺焊接，切割防磨损棒材至一定厚度形成防磨损垫片(17)，打磨抛光即可；
所述耐磨涂层的制备方法为：将上述原料成分熔炼并利用飞秒激光无序照射后，采用激光重熔超音速火焰喷涂方法在所述外螺纹(18)处结晶成涂层。
7.利用上述设备进行双面高效率搅拌摩擦焊的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在所述工作台上装载待焊接零件，电机驱动任意一个工作台向所述龙门架移动，或者驱动龙门架向任意一个工作台运动，此时另外的工作台则处于闲置工位；
S2：调整上机头(5)和下机头(6)同时对准并沿Z轴逐步靠近同一焊接起始点，上机头(5)和下机头(6)的摩擦搅拌头(16)以100-15000r/min的速度原位旋转进入待焊接零件内部，直至上下两个摩擦搅拌头(16)的末端接触后，再以100-7000mm/min焊接速度同步前进，到达焊接末端时，上摩擦搅拌头(16)和下摩擦搅拌头(16)同时退针，完成同一条待焊缝上下面的收尾焊接；
S3：上机头(5)沿上横梁(3)，下机头(6)沿下横梁(4)在Y轴方向上移动，重复S2步骤，完成同一工作台上待焊接零件的所有焊缝的焊接；
S4：龙门架移动至处于闲置工位的工作台，或处于闲置工位的工作台移动至龙门架的焊接区域，重复S1-S3，此时卸载焊接完成的零件，并重新装载待焊接零件。
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