一种轨道支撑式待焊管道用搅拌摩擦焊接装置及焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种轨道支撑式待焊管道用搅拌摩擦焊接装置及焊接方法，属于金属材料加工领域。
【背景技术】
[0002]搅拌摩擦焊(FSW)自1991年TWI发明以来得到了广泛的研宄和应用，特别是在低熔点易氧化的铝、镁及其合金焊接方面优势明显，并在铜、钛、复合材料及异种材料的焊接等领域得到广泛研宄与推广应用。
[0003]为了能够焊接中空构件，随着近年来相关技术的发展，双面成形的搅拌摩擦焊接技术得到了快速发展。如双轴肩搅拌摩擦焊接技术，双轴肩搅拌摩擦焊焊接时，上、下轴肩、搅拌针同时旋转并与待焊管道摩擦生热，在强烈的摩擦、搅拌作用之下，焊缝金属发生塑化，并被旋转挤压至搅拌摩擦头后侧，从而形成焊缝。但是双轴肩搅拌摩擦焊接时，产生了如下问题:(1)上下轴肩同时产热，使得摩擦产热过大，容易使焊缝金属过热；(2)目前已有的双轴肩搅拌摩擦头的端面均为平面或凹面，不能胜任管道焊接的工况。
[0004]为了解决上述问题，专利(申请号:201310184293.9)提出了一种用于搅拌摩擦焊机的静止式双轴肩搅拌摩擦头，提供了一种下轴肩静止的焊具，但是其下轴肩端面仍为平面，只能适应对接接头为平面的情况，不适合管道的搅拌摩擦焊接；仅仅把其下轴肩改造成圆弧形外观，也会因为焊接时与搅拌针跟转而失去静止意义，还会导致焊接失败；专利(申请号:201320383472)提出了一种自支撑的搅拌摩擦焊环缝焊接工装夹具。
[0005]因此寻找一种既能发挥类似传统搅拌摩擦焊接时的衬垫作用、又能避免与搅拌针跟转的管道用搅拌摩擦焊接方法和装置，成为了一个新的重要任务。
【发明内容】
[0006]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种轨道支撑式待焊管道用搅拌摩擦焊接装置及焊接方法，通过移动垫块紧密贴紧待焊管道，起到冷却焊缝的作用，提高焊接质量。
[0007]技术方案:为解决上述技术问题，本发明的一种轨道支撑式待焊管道用搅拌摩擦焊接装置，包括用于支撑待焊管道的工作台和移动垫块，工作台设有固定待焊管道的固定装置，待焊管道焊缝的上方设有轴肩紧贴待焊管道，轴肩的底部为平面状，轴肩中穿有搅拌针，轴肩通过上螺母紧贴定在待焊管道上，待焊管道内壁上设有导轨，导轨通过锁紧装置锁紧在待焊管道上，移动垫块沿导轨移动，搅拌针依次穿过轴肩、待焊管道、移动垫块，搅拌针通过旋转装置与移动垫块连接，焊接时，搅拌针和轴肩高速旋转，但移动垫块不旋转。
[0008]作为优选，所述固定装置包含压辊和U形环，压辊安装在待焊管道的内壁上，压辊位于U形环内并且U形环通过锁紧螺母锁紧在工作台上。
[0009]作为优选，所述固定装置还包含若干组分布待焊管道两侧的液压装置，所述液压装置包含液压缸、活塞和弧形压块，活塞的顶端与弧形压块连接，弧形压块与待焊管道连接，通过活塞将弧形压块顶压在待焊管道上。
[0010]作为优选，所述锁紧装置包含螺杆、上肩、圆弧压块和圆弧下肩，所述螺杆穿过上肩与圆弧压块连接，圆弧下肩与导轨连接，通过螺杆带动圆弧下肩的移动从而将导轨锁紧在待焊管道内壁。。
[0011]作为优选，所述旋转装置包含内方外圆的轴套、第一径向轴承、第二径向轴承和平面轴承，所述移动垫块下方设有空腔，轴套位于空腔内，轴套套在搅拌针上，轴套外套有第一径向轴承和第二径向轴承，第一径向轴承和第二径向轴承通过盖板固定在空腔内，盖板的下方设有平面轴承，平面轴承下方通过下螺母固定，下螺母安装在搅拌针上。
[0012]作为优选，所述移动垫块包含弧形顶肩和金属滚轮，金属滚轮安装在弧形顶肩上，金属滚轮沿导轨移动从而带动移动垫块的移动。
[0013]作为优选，所述导轨的长度大于待焊管道的长度，导轨与待焊管道长度之差至少为两倍的弧形顶肩的长度。
[0014]作为优选，所述导轨的两端设有导引耳。
[0015]根据上述的轨道支撑式待焊管道用搅拌摩擦焊接装置的焊接方法，包含以下步骤:
[0016](I)组装移动垫块:在弧形顶肩上安装金属滚轮、在内方外圆的轴套上安装第一径向轴承、第二径向轴承、平面轴承，然后使第一径向轴承和第二径向轴承嵌入弧形顶肩的空腔中；将搅拌针的方形部分穿过轴套，旋紧下螺母，使移动垫块轴向固定于搅拌针上；
[0017](2)组装搅拌摩擦头:安装轴肩，通过轴肩上的上螺母，保持轴肩与移动垫块的间距小于待焊管道的壁厚，以使金属滚轮在焊接时与导轨紧密接触；
[0018](3)安放待焊管道:将待焊管道通过压辊和U形环固定在工作台上，然后利用活塞通过弧形压块压紧待焊管道；
[0019](4)使用锁紧装置在待焊管道带焊接头内部两侧安装导轨，使两导轨之间的间隙略大于移动垫块的宽度；
[0020](5)轴肩、搅拌针开始旋转，进入焊缝，此时金属滚轮在焊接时与导轨紧密接触；
[0021](6)以设定的焊接速度、旋转速度进行焊接，直至移动垫块完全移出待焊管道，焊接结束。
[0022]在本发明中，弧形顶肩的两侧开设有两道凹槽，每个凹槽内安装有四个金属滚轮；滚轮的圆周露出凹槽，用来与导轨上的平面接触。
[0023]有益效果:本发明的一种轨道支撑式待焊管道用搅拌摩擦焊接装置及焊接方法，具有以下优点:
[0024](I)常规的搅拌摩擦焊机不需要进行改进，只需要改变搅拌针外形、加装移动垫块和导轨即可进行管道焊接；
[0025](2)移动垫块起到了强制成形、冷却焊缝的作用，克服了常规搅拌摩擦焊需要刚性固定垫板的结构，有利于进一步提高焊接质量；
[0026](3)结构简单、实用性强，该搅拌摩擦焊具部件较少、成本低廉、容易实现且装配方便，这对于其推广与应用具有重要的现实意义。
【附图说明】
[0027]图1为本发明的结构示意图；
[0028]图2为图1中搅拌针与移动垫块结构示意图；
[0029]图3为弧形顶肩不意图；
[0030]图4为导轨的结构示意图；
[0031]图5为锁紧装置的结构示意图；
[0032]图6为搅拌针外形图；
[0033]图7为液压装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0035]如图1至图7所示，一种轨道支撑式待焊管道用搅拌摩擦焊接装置，包括用于支撑待焊管道4的工作台8和移动垫块1，工作台8设有固定待焊管道4的固定装置，待焊管道4焊缝的上方设有轴肩3紧贴待焊管道4，轴肩3的底部为平面状，轴肩3中穿有搅拌针2，轴肩3通过上螺母紧贴定在待焊管道4上，待焊管道4内壁上设有导轨5，导轨5通过锁紧装置6锁紧在待焊管道4上，移动垫块I沿导轨5移动，搅拌针2依次穿过轴肩3、待焊管道4、移动垫块1，搅拌针2通过旋转装置与移动垫块I连接，焊接时，搅拌针2和轴肩3高速旋转，但移动垫块I不旋转。
[0036]在本发明中，所述固定装置包含压辊10、U形环7和若干组分布待焊管道4两侧的液压装置11，压辊10安装在待焊管道4的内壁上，压辊10位于U形环7内并且U形环7通过锁紧螺母锁紧在工作台8上，工作台8上延伸有凸台9，U形环7穿过凸台9通过锁紧螺母锁紧，所述液压装置11包含液压缸11-1、活塞11-2和弧形压块11-3，活塞11-2的顶端与弧形压块11-3连接，弧形压块11-3与待焊管道4连接，通过活塞11-2将弧形压块11_3顶压在待焊管道4上。
[0037]在本发明中，所述锁紧装置6包含螺杆6-1、上肩6-2、圆弧压块6-3和圆弧下肩6_4，上肩6-2和圆弧下肩6-4组成一个U形夹具，所述螺杆6-1穿过上肩6_2与圆弧压块6-3连接，圆弧下肩6-4与导轨5连接，通过螺杆6-1带动圆弧下肩6-4的移动从而将导轨5锁紧在待焊管道4内壁。
[0038]在本发明中，所述旋转装置包含内方外圆的轴套1-2、第一径向轴承、第二径向轴承1-4和平面轴承1-5，所述移动垫块I下方设有空腔，轴套1-2位于空腔内，轴套1-2套在搅拌针2上，轴套1-2外套有第一径向轴承和第二径向轴承1