CN202780225U - 一种激光辅助的搅拌摩擦缝焊的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种激光辅助的搅拌摩擦缝焊的装置，属于金属电焊领域。本实用新型包括底座、数控回转工作箱、工作台、待焊工件下板、摇臂、待焊工件上板、立柱、数控***；数控回转工作箱安装在底座上，工作台安装在数控回转工作箱上，立柱安装在底座上，摇臂安装在立柱上，数控***安装在立柱侧部。本实用新型可明显减少搅拌头的磨损以及折断次数，激光焊接速度快、熔深大、精度高，可焊接厚度稍大的板件，且焊缝组织致密，几乎没有连接间隙，成型美观，施焊效果好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种激光辅助的搅拌摩擦缝焊的装置，属于金属电焊领域。
背景技术
搅拌摩擦焊FSW（ Friction Stir Welding） 是由英国焊接研究所TWI （ The Welding Institute） 1991 年提出的新的固态塑性连接工艺。其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头***工件待焊部位，通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦，摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使焊件压焊在一起。由于搅拌摩擦焊接过程中不存在金属的熔化，是一种固态连接过程，故焊接时不存在熔焊的各种缺陷，可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料，如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。
搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再结晶而形成，焊缝区晶粒细化，无熔焊的树枝晶，组织细密，热影响区较熔焊时窄，无合金元素烧损、裂纹和气孔等缺陷，综合性能良好。与传统熔焊方法相比，它无飞溅、烟尘，不需要添加焊丝和保护气体，接头性能良好；由于是固相焊接工艺，加热温度低，焊接热影响区显微组织变化小，如亚稳定相基本保持不变，这对于热处理强化合金及沉淀强化合金非常有利；焊后的残余应力和变形非常小，对于薄板合金焊后基本不变形。与普通摩擦焊相比，它可不受轴类零件的限制，可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜，并在48小时内进行加工，而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可，并对装配要求不高，并且搅拌摩擦焊比熔焊节省能源、污染小。
但是搅拌摩擦焊也存在一定的缺点：1、在搅拌摩擦焊接时速度低于熔焊； 2、待焊件夹持要求高，焊接过程中对待焊件要求加一定的压力，反面要求有垫板；3、焊后端头形成一个搅拌头残留的孔洞，一般需要补焊或机械切除； 4、搅拌头适应性差，不同厚度合金板材要求不同结构的搅拌头，且搅拌头磨损快；5、工艺还不成熟，目前限于结构简单的构件，如平直的结构、圆形结构；6、搅拌摩擦焊工艺参数简单，主要有搅拌头的旋转速度、搅拌头的移动速度、对焊件的压力及搅拌头的尺寸等。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种高效节能的激光辅助的搅拌摩擦缝焊的装置，以解决搅拌摩擦焊接时速度低于熔焊等缺陷。
本实用新型按以下技术方案实现：一种激光辅助的搅拌摩擦缝焊的装置，包括底座1、数控回转工作箱2、工作台3、待焊工件下板4、摇臂5、待焊工件上板6、立柱15、数控***17；数控回转工作箱2安装在底座1上，工作台3安装在数控回转工作箱2上，工作台3在数控回转工作箱2内数控***的控制下，可以沿数控回转工作箱2的主轴上下移动，待焊工件下板4与待焊工件上板6连接安放在工作台3上，工作台3上可以根据需要摆放不同厚度、不同大小的待焊工件，立柱15安装在底座1上，摇臂5安装在立柱15上，数控***17安装在立柱15侧部。
所述立柱15顶部安装有伺服电机Ⅲ16、丝杠14，伺服电机Ⅲ16驱动丝杠14旋转，以控制摇臂5在立柱15轴向的上下移动。所述摇臂5上设有导轨7，导轨7上安装有搅拌摩擦焊机主轴箱12、激光器主轴箱9，摇臂5主要用于对搅拌摩擦焊机主轴箱12、激光器主轴箱9其支撑作用。所述激光器主轴箱9、搅拌摩擦焊机主轴箱12顶部分别安装有伺服电机Ⅰ10、伺服电机Ⅱ13，激光器主轴箱9、搅拌摩擦焊机主轴箱12分别在伺服电机Ⅰ10、伺服电机Ⅱ13的驱动下，通过传动机构的一系列变换，控制其在导轨7上左右移动。所述搅拌摩擦焊机主轴箱12、激光器主轴箱9下端分别安装有搅拌头11、激光器8，搅拌头11的旋转、上下运动由搅拌摩擦焊机主轴箱12内的传动机构来控制，激光器8的运动由激光器主轴箱9内的传动机构控制，用于对待焊工件进行预热和对待焊工件进行激光焊接。所述数控***17上设有按钮Ⅰ18、按钮Ⅱ19、按钮Ⅲ20、按钮Ⅳ21，其分别与伺服电机Ⅲ16、伺服电机Ⅱ13、伺服电机Ⅰ10、数控回转工作箱2连接,控制其开启与关闭。
一种激光辅助的搅拌摩擦缝焊的装置工作过程为：首先将待焊工件下板4和待焊工件上板6放置在工作台3上，由通用夹具对待焊工件进行夹紧。其次接通电源，开启数控***，按下按钮Ⅰ18，使伺服电机16工作，驱动丝杠14旋转运动，从而使摇臂5运动到指定的高度；按下按钮Ⅲ20，伺服电机10开始工作，激光器8在激光器主轴箱9内传动机构的驱动下开始运动，使激光器8运动到预设的高度；同时按下按钮Ⅱ19，伺服电机13开始工作，通过搅拌摩擦焊机主轴箱12的传动机构，调整搅拌头11的转速和向下的移动速度，使搅拌头11达到指定工作位置。再次开启激光器8的电源，使激光器8开始工作，对待焊工件下板6进行预热，同时搅拌头11一边旋转一边下压开始工作，之后在数控***17中预先编制的程序的控制下，搅拌头11和激光器8同速向左移动到指定位置，完成缝焊。最后必要时按下按钮Ⅳ21，调整工作台3的高度，完成缝焊过后，松开夹具，取下已缝焊好的待焊工件下板4、待焊工件上板6。
本实用新型与现有的技术相比具有以下有益效果：
1、抗疲劳强度和剪切强度均比电阻焊接高，焊接速度比电阻焊接更快，单位时间内比电阻焊接更节能；
2、激光器的预热作用，可明显减少搅拌头的磨损以及折断次数；
3、激光焊接速度快、熔深大、精度高，可焊接厚度稍大的板件，且焊缝组织致密，几乎没有连接间隙，成型美观；
4、可焊接难焊材料以及异性材料（塑料﹑石英），且施焊效果好。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的工作状态下结构示意图。
图中各标号为：1：底座、2：数控回转工作箱、3：工作台、4：待焊工件下板、5：摇臂、6：待焊工件上板、7：导轨、8：激光器、9：激光器主轴箱、10：伺服电机Ⅰ、11：搅拌头、12：搅拌摩擦焊机主轴箱、13：伺服电机Ⅱ、14：丝杠、15：立柱、16：伺服电机Ⅲ、17：数控***、18：按钮Ⅰ、19：按钮Ⅱ、20：按钮Ⅲ、21：按钮Ⅳ。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1-2所示，一种激光辅助的搅拌摩擦缝焊的装置，包括底座1、数控回转工作箱2、工作台3、待焊工件下板4、摇臂5、待焊工件上板6、立柱15、数控***17；数控回转工作箱2安装在底座1上，工作台3安装在数控回转工作箱2上，待焊工件下板4与待焊工件上板6连接安放在工作台3上，立柱15安装在底座1上，摇臂5安装在立柱15上，数控***17安装在立柱15侧部。
立柱15顶部安装有伺服电机Ⅲ16、丝杠14。摇臂5上设有导轨7，导轨7上安装有搅拌摩擦焊机主轴箱12、激光器主轴箱9。激光器主轴箱9、搅拌摩擦焊机主轴箱12顶部分别安装有伺服电机Ⅰ10、伺服电机Ⅱ13。搅拌摩擦焊机主轴箱12、激光器主轴箱9下端分别安装有搅拌头11、激光器8。数控***17上设有按钮Ⅰ18、按钮Ⅱ19、按钮Ⅲ20、按钮Ⅳ21，其分别与伺服电机Ⅲ16、伺服电机Ⅱ13、伺服电机Ⅰ10、数控回转工作箱2连接。
Claims (6)
1.一种激光辅助的搅拌摩擦缝焊的装置，其特征在于：包括底座（1）、数控回转工作箱（2）、工作台（3）、待焊工件下板（4）、摇臂（5）、待焊工件上板（6）、立柱（15）、数控***（17）；数控回转工作箱（2）安装在底座（1）上，工作台（3）安装在数控回转工作箱（2）上，待焊工件下板（4）与待焊工件上板（6）连接安放在工作台（3）上，立柱（15）安装在底座（1）上，摇臂（5）安装在立柱（15）上，数控***（17）安装在立柱（15）侧部。
2.根据权利要求1所述的激光辅助的搅拌摩擦缝焊的装置，其特征在于：所述立柱（15）顶部安装有伺服电机Ⅲ（16）、丝杠（14）。
3.根据权利要求1所述的激光辅助的搅拌摩擦缝焊的装置，其特征在于：所述摇臂（5）上设有导轨（7），导轨（7）上安装有搅拌摩擦焊机主轴箱（12）、激光器主轴箱（9）。
4.根据权利要求3所述的激光辅助的搅拌摩擦缝焊的装置，其特征在于：所述激光器主轴箱（9）、搅拌摩擦焊机主轴箱（12）顶部分别安装有伺服电机Ⅰ（10）、伺服电机Ⅱ（13）。
5.根据权利要求3所述的激光辅助的搅拌摩擦缝焊的装置，其特征在于：所述搅拌摩擦焊机主轴箱（12）、激光器主轴箱（9）下端分别安装有搅拌头（11）、激光器（8）。
6.根据权利要求1所述的激光辅助的搅拌摩擦缝焊的装置，其特征在于：所述数控***（17）上设有按钮Ⅰ（18）、按钮Ⅱ（19）、按钮Ⅲ（20）、按钮Ⅳ（21），其分别与伺服电机Ⅲ（16）、伺服电机Ⅱ（13）、伺服电机Ⅰ（10）、数控回转工作箱（2）连接。
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