一种铝棒与铜环摩擦焊装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种铝棒与铜环摩擦焊装置，包括轴向旋转机构和径向加压机构，轴向旋转机构包括旋转轴、卡盘夹具和动力传动机构；径向加压机构包括左铜环夹片、右铜环夹片、多连杆压力调节机构、液压油缸和液压系统，多连杆压力调节机构包括直角三角形连杆、第一竖直连杆、第二竖直连杆、第一弹簧连接杆、第二弹簧连接杆和压力调节弹簧，第一竖直连杆与第一竖直连杆铰接的位置处铰接有连接左铜环夹片的左上倾斜连杆和左下倾斜连杆，第二竖直连杆与第二竖直连杆铰接的位置处铰接有连接右铜环夹片的右上倾斜连杆和右下倾斜连杆。本实用新型结构简单，实现方便且成本低，使用操作便捷，焊接效率和精度高，便于推广使用。
【专利说明】一种铝棒与铜环摩擦焊装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于特种焊接设备【技术领域】，具体是涉及一种铝棒与铜环摩擦焊装置。
【背景技术】
[0002]铜的电导率及热导率略低于银，电导率约是铝的1.5倍，单从性能上说，是用做电器开关许多关键部位的最好材料，但是由于其价格比较昂贵，为节省生产成本，用铝代替铜或者用铝铜焊接件代替铜成为发展方向，尤其那些引出端是铜制的设备，可先采用焊接方法焊接成整体的铝铜接头，然后用普通方法将接头的铜端与电气设备上的铜引出端相连接，就可以使得整个线路获得质量可靠的结合。由于铜和铝自身的强氧化性，其焊接比较困难，且由于两种金属之间熔点相差很大(铝:658°C，铜:1083°C)，要使它们均匀受热和熔化是比较困难的，两者之间悬殊的密度差，也使得焊缝金属的混合变得更加困难，尤其是接头的脆性金属间化合物是接头性能低的主要原因，对于接头性能要求不高时，可以采用电弧熔化焊，但是这也局限于薄板之间的焊接；采用一定工艺的钎焊可以获得比较理想的焊接接头力学性能，但不适用于小尺寸和圆形焊接接头；压力焊、摩擦焊可以很好地避免脆性相的产生，可以得到性能满意的接头。
[0003]摩擦焊接过程中，被焊材料通常不熔化，仍处于固相状态，焊合区金属为锻造组织。与熔化焊接相比，在焊接接头的形成机制和性能方面，存在着显著区别。首先，摩擦焊接头不产生与熔化和凝固冶金有关的一些焊接缺陷和焊接脆化现象，如粗大的柱状晶、偏析、夹杂、裂纹和气孔等；其次，轴向压力和扭矩共同作用于摩擦焊接表面及其近区，产生了一些力学冶金效应，如晶粒细化、组织致密、夹杂物弥散分布，以及摩擦焊接表面的“自清理”作用等；再者，摩擦焊接时间短，热影响区窄，热影响区组织无明显粗化。上述三方面均有利于获得与母材等强的焊接接头。这一特点是决定摩擦焊接头具有优异性能的关键因素。对于圆环形接头的摩擦焊接，国内应用比较多的领域是海底管道焊接与小口径炮弹弹带连接。其中中国兵器工业第五九研究所、中国航空工业第六二一研究所和北京石油化工学院海洋工程连接技术研究中心进行了深入的研究。国内成功的环形焊接面案例中，均为熔点较低的材料作为外套环体焊接到熔点较高的棒材上。熔点较高材料作为外套环体焊接到熔点较低的棒材上比较成功的案例中，采用的设备均为轴向旋转同时径向加压，这样避免了轴向旋转熔点较低的棒材产生的向心力也即避免了熔点较低的棒材在旋转和摩擦力的作用下容易产生的材料甩出现象，可以极大的缓解焊接过程中的焊蚀问题，但这种设备需要加压同时旋转，结构复杂，使用操作不够方便，成本比较高，限制了其推广使用。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种铝棒与铜环摩擦焊装置，其结构简单，实现方便且成本低，使用操作便捷，焊接效率和精度高，实用性强，便于推广使用。[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种铝棒与铜环摩擦焊装置，其特征在于:包括用于带动铝棒旋转的轴向旋转机构和用于给套装在铝棒上的铜环施加压力的径向加压机构，所述轴向旋转机构包括旋转轴、安装在旋转轴上且用于夹装铝棒的卡盘夹具和用于带动旋转轴旋转的动力传动机构；所述径向加压机构包括左铜环夹片、右铜环夹片、多连杆压力调节机构、用于带动多连杆压力调节机构运动的液压油缸和用于为液压油缸提供动力的液压系统，以及间隔设置在地面上的第一底座、第二底座和第三底座，所述多连杆压力调节机构包括直角三角形连杆、铰接在第一底座顶部的第一竖直连杆和铰接在第二底座顶部的第二竖直连杆，所述第一竖直连杆的中上部铰接有左上倾斜连杆和左下倾斜连杆，所述左铜环夹片连接在左上倾斜连杆和左下倾斜连杆之间，所述第二竖直连杆的中上部铰接有右上倾斜连杆和右下倾斜连杆，所述右铜环夹片连接在右上倾斜连杆和右下倾斜连杆之间，所述直角三角形连杆的直角边竖直位于第二竖直连杆的正上方，所述直角三角形连杆的直角顶点与第二竖直连杆的顶部铰接，所述液压油缸的底座铰接在第三底座顶部，所述直角三角形连杆的第一个锐角顶点与液压油缸的活塞杆顶部铰接，所述直角三角形连杆的第二个锐角顶点上铰接有与第一竖直连杆顶部铰接的顶部倾斜连杆，所述第一竖直连杆与顶部倾斜连杆铰接的位置处铰接有第一弹簧连接杆，所述第二竖直连杆与直角三角形连杆的直角顶点铰接的位置处铰接有第二弹簧连接杆，所述第一弹簧连接杆与第二弹簧连接杆之间连接有压力调节弹簧。
[0006]上述的一种铝棒与铜环摩擦焊装置，其特征在于:所述动力传动机构包括电机和齿轮变速器，所述电机的输出轴上连接有第一带轮，所述齿轮变速器的输入轴上连接有第二带轮，所述第一带轮和第二带轮上连接有皮带，所述旋转轴通过联轴器与齿轮变速器的输出轴连接。
[0007]上述的一种铝棒与铜环摩擦焊装置，其特征在于:所述左铜环夹片的形状为与铜环的左半部分相配合的圆弧片状，所述右铜环夹片的形状为与铜环的右半部分相配合的圆弧片状。
[0008]上述的一种铝棒与铜环摩擦焊装置，其特征在于:所述第一底座的形状、第二底座的形状和第三底座的形状均为等边三角形。
[0009]上述的一种铝棒与铜环摩擦焊装置，其特征在于:所述液压系统包括油箱、与油箱连接的进油泵、与液压油缸的进油口和进油泵的出油口连接的进油管和连接在进油管上的进油液压阀，所述液压油缸的回油口通过回油管以及连接在回油管上的回油泵和回油液压阀与油箱连接，位于进油泵的出油口与进油液压阀之间的进油管上连接有与位于回油液压阀与油箱之间的回油管连接的溢流管，溢流管上连接有溢流阀。
[0010]上述的一种铝棒与铜环摩擦焊装置，其特征在于:所述进油泵的进油口通过进油泵进油管和连接在进油泵进油管上的第一油滤与油箱连接，位于进油泵的出油口与进油液压阀之间的进油管上连接有第二油滤，位于溢流管与油箱之间的回油管上连接有第三油滤。
[0011]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0012]1、本实用新型由用于带动铝棒旋转的轴向旋转机构和用于给套装在铝棒上的铜环施加压力的径向加压机构构成，结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低。
[0013]2、本实用新型的使用操作便捷，一般技术人员无需参加专业培训学习即可操作，进行铝棒与铜环焊接耗费的人力物力少。
[0014]3、本实用新型的焊接精度满足摩擦焊机国家行业标准JB/T8086-1999的要求，焊
接精度高。
[0015]4、本实用新型解决了现有高熔点金属铜环焊接到相对低熔点铝棒上时容易产生的焊蚀问题，且降低了生产专业化摩擦焊机的生产成本，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0016]综上所述，本实用新型结构简单，实现方便且成本低，使用操作便捷，焊接效率和精度高，实用性强，便于推广使用。
[0017]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的结构示意图。
[0019]图2为图1的A-A剖视图。
[0020]附图标记说明:
[0021]I一招棒；2—铜环；3—方定转轴；
[0022]4一卡盘夹具；5—电机；6—齿轮变速器；
[0023]7—第一带轮；8—第二带轮；9—皮带；
[0024]10—联轴器；11 一左铜环夹片；12—右铜环夹片；
[0025]13—液压油缸；14 一第一底座；15—第二底座；
[0026]16—第三底座；17—直角三角形连杆；18—第一竖直连杆；
[0027]19一第二竖直连杆； 21—左上倾斜连杆； 22—左下倾斜连杆；
[0028]24—右上倾斜连杆； 25—右下倾斜连杆； 26—顶部倾斜连杆；
[0029]27—第一弹簧连接杆；28—第二弹簧连接杆；29—压力调节弹簧；
[0030]30一溢流阀；31—油箱；32—进油栗；
[0031]33—进油管；34—进油液压阀；35—回油管；
[0032]36—溢流管；37—进油泵进油管； 38—第一油滤；
[0033]39—第二油滤；40—第三油滤；41—回油泵；
[0034]42—回油液压阀；43—焊接花纹。
【具体实施方式】
[0035]如图1和图2所示，本实用新型包括用于带动铝棒I旋转的轴向旋转机构和用于给套装在铝棒I上的铜环2施加压力的径向加压机构，所述轴向旋转机构包括旋转轴3、安装在旋转轴3上且用于夹装铝棒I的卡盘夹具4和用于带动旋转轴3旋转的动力传动机构；所述径向加压机构包括左铜环夹片11、右铜环夹片12、多连杆压力调节机构、用于带动多连杆压力调节机构运动的液压油缸13和用于为液压油缸13提供动力的液压系统，以及间隔设置在地面上的第一底座14、第二底座15和第三底座16，所述多连杆压力调节机构包括直角三角形连杆17、铰接在第一底座14顶部的第一竖直连杆18和铰接在第二底座15顶部的第二竖直连杆19，所述第一竖直连杆18的中上部铰接有左上倾斜连杆21和左下倾斜连杆22，所述左铜环夹片11连接在左上倾斜连杆21和左下倾斜连杆22之间，所述第二竖直连杆19的中上部铰接有右上倾斜连杆24和右下倾斜连杆25，所述右铜环夹片12连接在右上倾斜连杆24和右下倾斜连杆25之间，所述直角三角形连杆17的直角边竖直位于第二竖直连杆19的正上方，所述直角三角形连杆17的直角顶点与第二竖直连杆19的顶部铰接，所述液压油缸13的底座铰接在第三底座16顶部，所述直角三角形连杆17的第一个锐角顶点与液压油缸13的活塞杆顶部铰接，所述直角三角形连杆17的第二个锐角顶点上铰接有与第一竖直连杆18顶部铰接的顶部倾斜连杆26，所述第一竖直连杆18与顶部倾斜连杆26铰接的位置处铰接有第一弹簧连接杆27，所述第二竖直连杆19与直角三角形连杆17的直角顶点铰接的位置处铰接有第二弹簧连接杆28，所述第一弹簧连接杆27与第二弹簧连接杆28之间连接有压力调节弹簧29。
[0036]如图1所示，本实施例中，所述动力传动机构包括电机5和齿轮变速器6，所述电机5的输出轴上连接有第一带轮7，所述齿轮变速器6的输入轴上连接有第二带轮8，所述第一带轮7和第二带轮8上连接有皮带9，所述旋转轴3通过联轴器10与齿轮变速器6的输出轴连接。
[0037]如图2所示，本实施例中，所述左铜环夹片11的形状为与铜环2的左半部分相配合的圆弧片状，所述右铜环夹片12的形状为与铜环2的右半部分相配合的圆弧片状。所述第一底座14的形状、第二底座15的形状和第三底座16的形状均为等边三角形。
[0038]如图2所示，本实施例中，所述液压系统包括油箱31、与油箱31连接的进油泵32、与液压油缸13的进油口和进油泵32的出油口连接的进油管33和连接在进油管33上的进油液压阀34，所述液压油缸13的回油口通过回油管35以及连接在回油管35上的回油泵41和回油液压阀42与油箱31连接，位于进油泵32的出油口与进油液压阀34之间的进油管33上连接有与位于回油液压阀42与油箱31之间的回油管35连接的溢流管36，溢流管36上连接有溢流阀30。所述进油泵32的进油口通过进油泵进油管37和连接在进油泵进油管37上的第一油滤38与油箱31连接，位于进油泵32的出油口与进油液压阀34之间的进油管33上连接有第二油滤39，位于溢流管36与油箱31之间的回油管35上连接有第三油滤40。
[0039]采用本实用新型进行铝棒I与铜环2焊接时，首先，将铜环2套装在铝棒I上，并将铝棒I的一端夹装在卡盘夹具4上，调整好所述径向加压机构的位置，使得所述左铜环夹片11和右铜环夹片12分别夹装在所述铜环2的左侧和右侧；然后，启动电机5，同时，启动回油泵41并打开回油液压阀42,电机5带动第一带轮7旋转,第一带轮7通过皮带9带动第二带轮8旋转，第二带轮8的动力通过齿轮变速器6变速后传递给旋转轴3，旋转轴3旋转并带动卡盘夹具4旋转,卡盘夹具4带动招棒I以1000r/min?3000r/min的转速轴向转动；回油泵41将液压油缸13中的液压油通过回油管35和回油液压阀42泵送回油箱31中，液压油缸13的活塞杆收缩，通过直角三角形连杆17带动顶部倾斜连杆26、第二弹簧连接杆28和第二竖直连杆19，第二弹簧连接杆28带动压力调节弹簧29拉伸，并通过压力调节弹簧29带动第一弹簧连接杆27，顶部倾斜连杆26和第一弹簧连接杆27 —起带动第一竖直连杆18，进而带动左上倾斜连杆21和左下倾斜连杆22推动左铜环夹片11以lOmm/s?40mm/s的速度给铜环2施加大小为50Mpa?300MPa的径向压力，同时，第二竖直连杆19带动右上倾斜连杆24和右下倾斜连杆25推动右铜环夹片12以10mm/s?40mm/s的速度给铜环2施加大小为50Mpa?300MPa的径向压力，在铝棒I轴向转动产生的摩擦力和铜环2受到径向压力的共同作用下，铝棒I和铜环2形成了铝铜焊接接头。
[0040]焊接完成后，关闭电机5、回油泵41和回油液压阀42，并打开进油泵32和进油液压阀34，铝棒I在0.1s?0.4s内停止轴向转动，进油泵32将油箱31中的液压油通过进油管33和进油液压阀34泵送到液压油缸13中，液压油缸13的活塞杆伸出，通过直角三角形连杆17带动顶部倾斜连杆26、第二弹簧连接杆28和第二竖直连杆19，第二弹簧连接杆28带动压力调节弹簧29收缩，并通过压力调节弹簧29带动第一弹簧连接杆27，顶部倾斜连杆26和第一弹簧连接杆27 —起带动第一竖直连杆18，进而带动左上倾斜连杆21和左下倾斜连杆22拉动左铜环夹片11放松铜环2，同时，第二竖直连杆19带动右上倾斜连杆24和右下倾斜连杆25拉动右铜环夹片12放松铜环2，取下所述铝铜焊接接头，即完成了焊接。经剪切实验测试，铝铜焊接接头的剪切强度能够达到200MPa。
[0041]综上所述，本实用新型的焊接精度满足摩擦焊机国家行业标准JB/T8086-1999的要求，解决了现有高熔点金属铜环焊接到相对低熔点铝棒上时容易产生的焊蚀问题。
[0042]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种铝棒与铜环摩擦焊装置，其特征在于:包括用于带动铝棒(I)旋转的轴向旋转机构和用于给套装在铝棒(I)上的铜环(2)施加压力的径向加压机构，所述轴向旋转机构包括旋转轴(3 )、安装在旋转轴(3 )上且用于夹装铝棒(I)的卡盘夹具(4)和用于带动旋转轴(3)旋转的动力传动机构；所述径向加压机构包括左铜环夹片(11)、右铜环夹片(12)、多连杆压力调节机构、用于带动多连杆压力调节机构运动的液压油缸(13)和用于为液压油缸(13)提供动力的液压系统，以及间隔设置在地面上的第一底座(14)、第二底座(15)和第三底座(16)，所述多连杆压力调节机构包括直角三角形连杆(17)、铰接在第一底座(14)顶部的第一竖直连杆(18)和铰接在第二底座(15)顶部的第二竖直连杆(19)，所述第一竖直连杆(18)的中上部铰接有左上倾斜连杆(21)和左下倾斜连杆(22)，所述左铜环夹片(11)连接在左上倾斜连杆(21)和左下倾斜连杆(22)之间，所述第二竖直连杆(19)的中上部铰接有右上倾斜连杆(24)和右下倾斜连杆(25)，所述右铜环夹片(12)连接在右上倾斜连杆(24)和右下倾斜连杆(25)之间，所述直角三角形连杆(17)的直角边竖直位于第二竖直连杆(19)的正上方，所述直角三角形连杆(17)的直角顶点与第二竖直连杆(19)的顶部铰接，所述液压油缸(13)的底座铰接在第三底座(16)顶部，所述直角三角形连杆(17)的第一个锐角顶点与液压油缸(13)的活塞杆顶部铰接，所述直角三角形连杆(17)的第二个锐角顶点上铰接有与第一竖直连杆(18)顶部铰接的顶部倾斜连杆(26)，所述第一竖直连杆(18)与顶部倾斜连杆(26)铰接的位置处铰接有第一弹簧连接杆(27)，所述第二竖直连杆(19)与直角三角形连杆(17)的直角顶点铰接的位置处铰接有第二弹簧连接杆(28)，所述第一弹簧连接杆(27 )与第二弹簧连接杆(28 )之间连接有压力调节弹簧(29 )。
2.按照权利要求1所述的一种铝棒与铜环摩擦焊装置，其特征在于:所述动力传动机构包括电机(5)和齿轮变速器(6)，所述电机(5)的输出轴上连接有第一带轮(7)，所述齿轮变速器(6)的输入轴上连接有第二带轮(8)，所述第一带轮(7)和第二带轮(8)上连接有皮带(9 )，所述旋转轴(3 )通过联轴器(10 )与齿轮变速器(6 )的输出轴连接。
3.按照权利要求1所述的一种铝棒与铜环摩擦焊装置，其特征在于:所述左铜环夹片(11)的形状为与铜环(2)的左半部分相配合的圆弧片状，所述右铜环夹片(12)的形状为与铜环(2)的右半部分相配合的圆弧片状。
4.按照权利要求1所述的一种铝棒与铜环摩擦焊装置，其特征在于:所述第一底座(14)的形状、第二底座(15)的形状和第三底座(16)的形状均为等边三角形。
5.按照权利要求1所述的一种铝棒与铜环摩擦焊装置，其特征在于:所述液压系统包括油箱(31)、与油箱(31)连接的进油泵(32)、与液压油缸(13)的进油口和进油泵(32)的出油口连接的进油管(33)和连接在进油管(33)上的进油液压阀(34)，所述液压油缸(13)的回油口通过回油管(35)以及连接在回油管(35)上的回油泵(41)和回油液压阀(42)与油箱(31)连接，位于进油泵(32 )的出油口与进油液压阀(34)之间的进油管(33 )上连接有与位于回油液压阀(42)与油箱(31)之间的回油管(35)连接的溢流管(36)，溢流管(36)上连接有溢流阀(30)。
6.按照权利要求5所述的一种铝棒与铜环摩擦焊装置，其特征在于:所述进油泵(32)的进油口通过进油泵进油管(37)和连接在进油泵进油管(37)上的第一油滤(38)与油箱(31)连接，位于进油泵(32)的出油口与进油液压阀(34)之间的进油管(33)上连接有第二油滤(39)，位于溢流管(36)与油箱(31)之间的回油管(35)上连接有第三油滤(40)。
【文档编号】B23K20/12GK203712071SQ201420112000
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】王明静, 朱明 , 孟庆帅, 杜双明, 常武 申请人:西安科技大学