一种双直缝搅拌摩擦焊装置的制作方法

本实用新型属于摩擦焊接设备领域，更具体地说，涉及一种双直缝搅拌摩擦焊装置。

背景技术：

摩擦焊是实现焊接的固态焊接方法，它是在恒定或递增压力以及扭矩的作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动在摩擦面及其附近区域产生摩擦热和塑形变形热，使及其附近区域温度上升到接近但一般低于熔点的温度区间，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，在顶锻压力的作用下，伴随材料产生塑性变形及流动，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。搅拌摩擦焊方法与常规摩擦焊一样，也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，不同之处在于搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料，包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料。

搅拌摩擦焊方法由于其生产率高、质量好获得了广泛的工程应用，多应用于镁铝合金焊接，但焊接的对象主要是回转形零件。目前搅拌摩擦焊最常用的就是进行管道的焊接，尤其是大尺寸的管道，由于其直径很大(可达1米以上)，无法直接生产，现有技术都是通过两块平板卷制成半圆形，再将它们组对焊接成型，由于其焊缝为直线，非常适合采用搅拌摩擦焊。但是目前的搅拌摩擦焊设备基本只能进行单焊缝的焊接，在焊接上述管道时，只能先焊完一侧的焊缝，再调整管道位置焊接另一侧焊缝，费时费力，效率低下，而且上下两个半圆弧板容易错位，焊接精度低。

现有技术中已有很多关于搅拌摩擦的专利，如中国专利申请号为：201310316992.4，公开日为：2013年12月11日的专利文献，公开了一种搅拌摩擦焊装置，包括搅拌头和深冷处理单元，该深冷处理单元包括在工件焊缝上方顺序设置的低温回火箱和深冷处理箱，低温回火箱和深冷处理箱在焊接方向上规律性地移动；液氮储罐以及将深冷处理箱连接到液氮储罐上的输液管.该装置还包括分别与深冷处理箱和低温回火箱连接的控制单元，用于对深冷处理箱和低温回火箱的升降温速率、保温时间和处理温度的控制。该方案提供的搅拌摩擦焊装置通过在工件焊缝上方设置深冷处理箱和低温回火箱，以便在搅拌摩擦焊的过程中对工件实时进行深冷处理与低温回火相结合的冷热循环处理，通过冷热循环处理降低焊接过程中产生的热应力，提高焊接件的尺寸稳定性，并改善其机械性能。但是它用于大尺寸管道的焊接时，焊接效率和焊接质量都不能得到保证，不适合于大尺寸管道的焊接。

另外，在焊接过程中由于存在温度梯度，所以焊缝附近必然会产生一定的热应力从而导致变形，目前的搅拌摩擦焊设备对于管道的焊接还没有提出好的解决方法。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现有搅拌摩擦焊装置焊接大尺寸管道效率低的问题，本实用新型提供一种双直缝搅拌摩擦焊装置，采用双搅拌摩擦焊机头对大尺寸管道两侧焊缝同时进行焊接，避免工件未焊透的缺陷，顶锻力可相互抵消，大大提到焊接效率，且由于两侧对称焊接，管道焊接变形相对较小，焊接质量得到提高。另外，该装置焊接时对管道进行固定支撑，防止焊接错位，焊接精度高，且进一步降低焊接变形。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种双直缝搅拌摩擦焊装置，包括工作台和下托块；所述的下托块安装在工作台上，它设有用于放置待焊管道的圆弧形凹槽；所述工作台的两侧各设有一个轨道，每个轨道上滑动设置有一个滑座，滑座上安装有搅拌摩擦焊机头，当待焊接的上下两个圆弧板组成完整的管道放置在下托块的凹槽中时，搅拌摩擦焊机头与管道的接缝位置相对。

作为本实用新型的进一步改进，还包括上压块；所述上压块设有开口向下的圆弧形凹槽，通过该凹槽，上压块压在管道的上侧。

作为本实用新型的进一步改进，所述的上压块的两端各设有一个耳板，耳板上设有上螺孔，下托块的凹槽内对应地设有下螺孔，通过穿过上螺孔和下螺孔的螺柱将上压块和下托块连接并拉紧，从而将待焊管道压紧在上压块和下托块之间。

作为本实用新型的进一步改进，还包括内承托机构；所述的内承托机构包括固定座，固定座的两侧沿长度方向对称设有多个液压缸，两侧的液压缸分别连接一个半圆块；焊接时，内承托机构位于管道内，并通过液压缸驱动半圆块压在管道的内壁上。

作为本实用新型的进一步改进，所述的半圆块的圆弧形面上设有豁口，当半圆块压在管道内壁上时，豁口位于管道的接缝处。

作为本实用新型的进一步改进，所述的固定座通过支撑腿安装有滚轮。

作为本实用新型的进一步改进，所述的滚轮的外周面上包裹有尼龙。

作为本实用新型的进一步改进，所述的滑座通过驱动机构的驱动在轨道上滑动。

作为本实用新型的进一步改进，所述的驱动机构包括相互啮合的齿轮和齿条，齿轮设置在滑座上，齿条安装在轨道上，齿轮通过电机驱动。

作为本实用新型的进一步改进，所述的驱动机构包括丝杠和丝杠螺母，丝杠螺母设置在滑座中，丝杠安装在轨道中并与丝杠螺母传动连接，丝杠通过设置在轨道一端的电机驱动。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的双直缝搅拌摩擦焊装置，在工作台上设置下托块，下托块上设置用于放置管道的圆弧形凹槽，同时在工作台的两侧各有一台搅拌摩擦焊机头，在进行大尺寸管道焊接时，将上下两个圆弧板组成完整的管道放置在下托块的凹槽中，其焊缝位置正好与搅拌摩擦焊机头相对，同时开启两台搅拌摩擦焊机头，从两侧同时对管道两侧直焊缝进行焊接，沿着轨道运动，实现双直缝连续焊接，可避免工件未焊透的缺陷，相比于现有搅拌摩擦焊设备，其焊接效率明显提高，且由于两侧对称焊接，顶锻力可相互抵消，管道焊接变形相对较小，焊接质量得到提高；

(2)本实用新型的双直缝搅拌摩擦焊装置，通过上压块压在管道的上侧，并通过螺柱将上压块与下托块连接拉紧，从而可将管道牢牢的固定在上压块和下托块之间，避免搅拌摩擦焊接过程中管道的移位而造成的焊接位置不准确，从而提高焊接质量；

(3)本实用新型的双直缝搅拌摩擦焊装置，通过内承托机构从管道内部进行支撑，一方面起固定限位作用，另一方面防止管道焊接变形，进一步提高焊接质量；

(4)本实用新型的双直缝搅拌摩擦焊装置，内承托机构的半圆块上设置豁口，并与管道焊缝位置相对，从而避开焊缝，焊接时搅拌摩擦焊机头的搅拌头可伸入焊缝中，避免搅拌摩擦焊机头在焊接时半圆块碍事，方便焊接；

(5)本实用新型的双直缝搅拌摩擦焊装置，内承托机构的固定座通过支撑腿安装有滚轮，因而方便其在管道内进行移动，使得内承托机构的使用更加便捷；

(6)本实用新型的双直缝搅拌摩擦焊装置，搅拌摩擦焊机头通过驱动机构驱动滑座在滑轨上移动来实现管道在长度方向的持续焊接，该驱动机构可采用齿轮齿条传动机构，也可采用丝杠传动机构，或者其它可实现该功能的现有机构，可选择范围广，便于其推广使用。

附图说明

图1为本实用新型双直缝搅拌摩擦焊装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型双直缝搅拌摩擦焊装置从一侧观察的结构示意图；

图3为本实用新型双直缝搅拌摩擦焊装置中内承托机构的结构示意图。

图中：1、工作台；2、下托块；3、轨道；4、滑座；5、搅拌摩擦焊机头；6、上压块；7、内承托机构；701、固定座；702、液压缸；703、半圆块；704、豁口；705、支撑腿；706、滚轮；8、耳板。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步进行描述。

实施例1

目前搅拌摩擦焊最常用的就是进行管道的焊接，尤其是大尺寸的管道，由于其直径很大(可达1米以上)，无法直接生产，现有技术都是通过两块平板卷制成半圆形的圆弧板，再将它们拼接组对焊接成一个完整的管道，拼接后在上下两个圆弧板交界处形成两条直缝，非常适合采用搅拌摩擦焊。但是目前的搅拌摩擦焊设备基本只能进行单焊缝的焊接，在焊接上述管道时，只能先焊完一侧的焊缝，再调整管道位置焊接另一侧焊缝，费时费力，效率低下，而且上下两个圆弧板容易错位，焊接精度低。

基于上述问题，本实施例提供了一种双直缝搅拌摩擦焊装置，其结构如图1和图2所示，它包括工作台1和下托块2；其中，工作台1上具有T型槽，下托块2放置在工作台1上并通过穿在T型槽中的螺栓固定，下托块2的上表面设有用于放置待焊接管道的圆弧形凹槽；工作台1的两侧各设有一个轨道3，每个轨道3上滑动设置有一个滑座4，滑座4上安装有搅拌摩擦焊机头5，当待焊接的上下两个圆弧板组成完整的管道放置在下托块2的凹槽中时，搅拌摩擦焊机头5与管道的接缝位置相对。需要说明的是，为满足不同直径大小管道的焊接需求，本实施例的搅拌摩擦焊机头5通过丝杠传动机构设置在滑座4上，通过该丝杠传动机构可调节搅拌摩擦焊机头5在竖直方向和水平方向的位置，丝杠传动机构为现有技术常用的结构，在此就不在赘述。

在进行管道焊接时，先将其中下半个圆弧板放入下托块2的凹槽中，再将上半个圆弧板放置到下半个圆弧板上进行拼接，形成一个完整的管道，同时开启两台搅拌摩擦焊机头5，从两侧同时对管道两侧的直缝进行焊接，摩擦焊机头5随着滑座4沿着轨道3做直线运动，实现双直缝的连续焊接，相比于现有搅拌摩擦焊设备，它从两侧同时进行两条直缝的焊接，无需二次调整管道位置，其焊接效率明显提高，且由于两侧对称焊接，管道焊接变形相对较小，焊接质量得到较大提高。

需要说明的是，因在管道的搅拌摩擦焊时，摩擦焊机头5需要与管道直接接触并高速旋转产生摩擦才能完成焊接，因此，摩擦焊机头5对管道必然具有力的作用，在焊接过程中上下两个圆弧板位置可能发生移动，造成连接位置移位，导致直缝位置改变，造成焊接失败。为解决该问题，本实施例中采用上压块6对管道位置进行固定，即上压块6设有开口向下的圆弧形凹槽，通过该凹槽，上压块6压在管道的上侧；且上压块6的两端各设有一个耳板8，耳板8上设有上螺孔，下托块2的凹槽内对应地设有下螺孔，通过穿过上螺孔和下螺孔的螺柱将上压块6和下托块2连接并拉紧，从而将管道牢牢地压紧在上压块6和下托块2之间，避免搅拌摩擦焊接过程中管道的移位而造成的焊接位置不准确，从而提高焊接质量，保证焊接准确性。

实施例2

由于在焊接过程中，管道既受到两侧摩擦焊机头5向管道内侧的作用力，又受到上压块6向下的压紧力，同时，管道焊接过程中焊缝周围温度较高，因而管道很可能发生变形，焊接完成后得到的管道不圆，或者焊缝四周局部不光滑，焊接质量降低。为解决该问题，本实施例提供了一种双直缝搅拌摩擦焊装置，在实施例1的基础上进一步进行改进，增加了内承托机构7。如图3所示，所述的内承托机构7包括固定座701，固定座701的两侧沿长度方向对称设有多个液压缸702，两侧的液压缸702分别连接一个半圆块703。焊接时，将内承托机构7置于管道内，并通过液压缸702驱动半圆块703向外伸展，压紧在管道的内壁上。通过内承托机构7从管道内部的支撑作用，使管道内外受力得到平衡，不仅起到固定限位作用，还可有效降低管道焊接热应力导致的变形，从而进一步提高管道的焊接质量。

因焊接时，摩擦焊机头5需要伸入管道的直缝内高速旋转搅拌并产生摩擦进行焊接，为防止半圆块703碍事，在半圆块703的圆弧形面的中间设有豁口704，当半圆块703压在管道内壁上时，豁口704位于管道的接缝处，避让开焊缝位置，焊接时搅拌摩擦焊机头5的搅拌头可伸入焊缝中，方便焊接。

另外，为方便内承托机构7在管道内移动，本实施例中，固定座701沿管道长度方向设置有多个支撑腿705，且每个支撑腿705上均安装有一对滚轮706，当内承托机构7放置在管道内时，滚轮706其支撑作用，可很轻松的推动内承托机构7在管道内移动。同时，滚轮(706)的外周面上包裹有尼龙，有效防止滚轮(706)在滚动过程中划伤管道内壁。

实施例3

本实施例提供了一种双直缝搅拌摩擦焊装置，在实施例2的基础上进一步改进，滑座4通过驱动机构的驱动在轨道3上滑动，且驱动机构包括相互啮合的齿轮和齿条，齿轮设置在滑座4上，齿条安装在轨道3上，齿轮通过电机驱动。通过电机带动齿轮齿条的啮合传动，实现自动化焊接，且能够保证两侧摩擦焊机头5的焊接速度保持一致，有利于提高焊接精度。

实施例4

本实施例提供了一种双直缝搅拌摩擦焊装置，在实施例2的基础上进一步改进，滑座4通过驱动机构的驱动在轨道3上滑动，且驱动机构包括丝杠和丝杠螺母，丝杠螺母设置在滑座4中，丝杠安装在轨道3中并与丝杠螺母传动连接，丝杠通过设置在轨道3一端的电机驱动。通过电机驱动丝杠传动，实现自动化焊接，且能够保证两侧摩擦焊机头5的焊接速度保持一致，有利于提高焊接精度。当然，驱动机构的并不局限于齿轮齿条的啮合传动，以及丝杠传动，现有技术中的其它传动结构只要能够实现滑座4沿轨道3的滑动都可包含在该驱动机构的范畴之内。

需要说明的是，以上实施例虽然都以横截面为圆形的管道为例，但是本实用新型的双直缝搅拌摩擦焊装置不仅仅局限于此，如横截面为矩形、六边形等的其它管道，只要本装置能够完成焊接，均在其保护范围之内。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。