专利名称：控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊锤击设备的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种随焊锤击设备，尤其涉及一种控制减小搅拌摩擦焊结构残余变 形的随焊锤击设备。是与搅拌摩擦焊机配合使用的设备。
背景技术：
作为一种固相连接技术，搅拌摩擦焊接过程中没有材料的熔化与凝固现象产生， 焊接过程中的热输入比较低，因此搅拌摩擦焊构件残余应力较低、变形相对较小。但铝合金 薄壁结构搅拌摩擦焊的焊接变形问题还是表现得很突出，尤其是薄壁结构的焊接变形与工 程实际的要求存在较大差距。例如某型号飞机座舱地板2. 0mm厚试验件搭接结构采用搅拌 摩擦焊工艺焊接，焊后试件呈波浪形，宏观变形较大。随着搅拌摩擦焊技术的不断深入以及 工程应用的不断扩大，搅拌摩擦焊残余变形的减小与控制逐步成为研究热点，并已经发展 了诸如利用动态低应力无变形技术、温差拉伸法等来控制搅拌摩擦焊接头的残余变形。随 焊锤击技术在铝合金、钛合金薄板的熔焊焊接变形和残余应力控制方面已经得到了成功的 应用，但在搅拌摩擦焊领域未见报道。
发明内容本实用新型为了解决搅拌摩擦焊铝合金薄板结构的残余变形往往不能满足实际 工程需求的问题，提供了一种控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊锤击设备，所采用的技术方 案是它主要由气锤支座、减震部分、气动传力部分和执行部分组成，在所述气锤支座内的 上部为减震部分，下部为执行部分，气动传力部分的气缸位于执行部分上方并置于气锤壳 体内；所述执行部分，冲击传力杆的下端与锤头连接，上端置于气缸内；套装在所述冲击传 力杆上的复位弹簧，置于气锤支座内底面和弹簧挡板之间，所述弹簧挡板与气锤壳体的外 底面卡接；所述气动传力部分，气缸上设有气流换向阀，通过气孔和气体整流结构与气缸中 的冲击活塞气动驱动连接；气流换向阀、气孔、气管及排气孔与气缸形成流入与排放气体通 道。本实用新型的特点及有益效果是，有效的降低搅拌摩擦焊连接的铝合金薄板结构 的残余变形与应力，有利于搅拌摩擦焊技术在航空、航天、汽车等领域的铝合金薄壁结构中 的进一步推广与使用。
图1是本实用新型的整体结构示意图。图2是图1中的锤头示意图。图3是图3中的锤头局部放大图。图4是图1中的气体整流结构示意图。图5是随焊锤击控制的搅拌摩擦焊使用状态示意图。
具体实施方式
控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊锤击设备，它主要由气锤支座、减震部分、气动传 力部分和执行部分组成，在所述气锤支座19的上部为减震部分，下部为执行部分，气动传 力部分的气缸13位于执行部分上方并置于气锤壳体16内；所述执行部分，冲击传力杆9的下端与锤头12连接，上端置于气缸13内；套装在 所述冲击传力杆9上的复位弹簧10，置于气锤支座19内底面和弹簧挡板之间，所述弹簧挡 板与气锤壳体16的外底面卡接；所述气动传力部分，气缸13上设有气流换向阀4，通过气孔5和气体整流结构6与 气缸13中的冲击活塞8气动驱动连接；气流换向阀4、气孔5、气管7及排气孔15与气缸13 形成流入与排放气体通道。所述减震部分由橡胶垫17和减震弹簧18组成，将橡胶垫17和减震弹簧18置于 气锤壳体16的外顶面与气锤支座19内顶面之间。所述锤头12端面呈两端凸中间凹状。所述的气体整流结构6，通过内六角螺栓21将整流罩20固定在冲击活塞8上。所述气锤支座19由上、两部分组成，并通过螺栓14锁紧固定。工作原理在焊接过程中，动力源产生的气体通过气流换向阀、气孔进入气体整流结构，通过 整流使气体的流速加大，形成冲击活塞向下运动并撞击冲击传力杆的力，进而使锤头向下 运动并锤击焊缝区域；随后锤头在复位弹簧的作用下离开焊件。通过锤头12的往复运动实 现对焊件1上的焊缝区域进行锤击，减小焊接残余应力，控制焊接残余变形。同时，在锤击 过程中，气锤支座由于固定而不可发生移动，从而设计了橡胶垫与减震弹簧组成的减震部 分来协调气锤壳体在力的作用下发生的微小振动；并通过气流换向阀、气孔与气管及排气 孔相结合实现气缸内气体的流入与排放。通过复位弹簧在锤击下压过程中起到缓冲与使锤 头抬离焊件1的作用。实施例参看图5，在焊接过程中，搅拌摩擦焊设备2对焊件1进行连接，而随焊锤击设备3 紧随搅拌摩擦焊设备2，并在沿水平方向上二者同步运动，从而有效地降低焊件1的焊接残 余应力与残余变形。参看图1，控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊锤击设备采用气动方式。在焊接过程 中，动力源产生的气体通过气流换向阀4与气孔5进行气体整流结构6。气体整流结构6的 整流罩20可由橡胶材料制造；通过内六角螺栓21将整流罩20固定在冲击活塞8上，通过 整流(气流通道的横截面变小)使气体的流速加大，形成冲击活塞9向下运动并撞击冲击 传力杆9，从而使锤头12向下运动并锤击焊缝区域；随后锤头12在复位弹簧10 (位于冲击 传力杆9与气锤壳体16之间的)的作用下离开焊件1。从而，锤头12的往复运动会对焊 件1上的焊缝区域进行锤击，减小焊接残余应力，控制焊接残余变形。复位弹簧10主要是 在锤击下压过程中起到缓冲与使锤头抬离焊件1的作用。图2所示的锤头12通过销轴11固定在冲击传力杆9上，通过接触起到传递力的作用。[0024]图3所示的是锤头12端面的放大图，锤头12端面的形状是根据搅拌摩擦焊焊缝 区域的形状设计的，采用两端凸中间凹的方式；两端凸的曲面形状可以起到有效锤击焊缝 及其飞边的作用，达到控制残余变形以及飞边根部裂纹的目的；中间凹的形状是为了实现 在锤击过程中焊缝其它区域的材料向焊缝中心流动。图4所示的气体整流结构6，由整流罩20与内六角螺栓21组成。其中整流罩20 可用橡胶材料制造。而内六角螺栓21的主要作用是将整流罩20固定在冲击活塞8上。
权利要求控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊锤击设备，它主要由气锤支座、减震部分、气动传力部分和执行部分组成，在所述气锤支座(19)内的上部为减震部分，下部为执行部分，气动传力部分的气缸(13)位于执行部分上方并置于气锤壳体(16)内；其特征在于所述执行部分，冲击传力杆(9)的下端与锤头(12)连接，上端置于气缸(13)内；套装在所述冲击传力杆(9)上的复位弹簧(10)，置于气锤支座(19)内底面和弹簧挡板之间，所述弹簧挡板与气锤壳体(16)的外底面卡接；所述气动传力部分，气缸(13)上设有气流换向阀(4)，通过气孔(5)和气体整流结构(6)与气缸(13)中的冲击活塞(8)气动驱动连接；气流换向阀(4)、气孔(5)、气管(7)及排气孔(15)与气缸(13)形成流入与排放气体通道。
2.根据权利要求1所述的控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊锤击设备，其特征在于所 述减震部分由橡胶垫(17)和减震弹簧(18)组成，将橡胶垫(17)和减震弹簧(18)置于气 锤壳体(16)的外顶面与气锤支座(19)内顶面之间。
3.根据权利要求1所述的控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊锤击设备，其特征在于所 述锤头(12)端面呈两端凸中间凹状。
4.根据权利要求1所述的控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊锤击设备，其特征在于所 述的气体整流结构(6)，通过内六角螺栓(21)将整流罩(20)固定在冲击活塞(8)上。
5.根据权利要求1所述的控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊锤击设备，其特征在于所 述气锤支座(19)由上、两部分组成，并通过螺栓(14)锁紧固定。
专利摘要控制搅拌摩擦焊残余变形的随焊锤击设备，为解决搅拌摩擦焊板结构的残余变形不能满足实际工程需求的问题而设计的。在气锤支座内的上部为减震部分，下部为执行部分，气动传力部分的气缸位于执行部分上方并置于气锤壳体内；执行部分的冲击传力杆的下端与锤头连接，上端置于气缸内；套装在冲击传力杆上的复位弹簧，置于气锤支座内底面和弹簧挡板之间，弹簧挡板与气锤壳体的外底面卡接；气动传力部分的气缸上设有气流换向阀，通过气孔和气体整流结构与气缸中的冲击活塞气动驱动连接；气流换向阀、气孔、气管及排气孔与气缸形成流入与排放气体通道。特点及效果有效的降低搅拌摩擦焊连接的铝合金薄板结构的残余变形与应力，有利于搅拌摩擦焊技术在航空、航天、汽车等领域的铝合金薄壁结构中的进一步推广与使用。
文档编号B23K20/12GK201728471SQ20102024827
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月6日 优先权日2010年7月6日
发明者刘震磊, 姬书得, 岳玉梅, 张利国, 梅丽, 陈小兵 申请人:沈阳航空航天大学