一种长焊缝焊接用移动送进工装的制作方法

本发明涉及搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种长焊缝焊接用移动送进工装。

背景技术：

搅拌摩擦焊技术是一种高质量的固相连接技术，在铝合金板材拼接、铝合金筒体环向焊缝焊接、铝合金筒体纵向焊缝焊接和大型铝合金结构件焊接中得到广泛应用。搅拌摩擦焊技术主要包含三项技术有：搅拌头结构设计、有效工艺参数规划及合理的工装结构设计。工装设计的合理性直接影响产品焊接质量、生产效率及劳动强度，故搅拌摩擦焊工装结构设计是制约此项技术进一步发展的一项关键技术。

申请号为201520440577.4的中国专利(发明名称：一种龙门搅拌摩擦焊接机床)公开了一种能进行长焊缝搅拌摩擦焊焊接的设备，但该发明所设计的设备结构复杂，成本较高，占用空间大而且该发明能够焊接焊缝长度受到设备X轴行程的限制，并且板材装卡时间长，效率低。进行搅拌摩擦焊接时，需要平板所固定的工作台一起移动，能源消耗大。

申请号为201420808779.5(发明名称：一种可移动便携式搅拌摩擦焊拼焊装置)的中国专利，应用真空吸盘固定住被焊平板，通过主轴箱机构沿焊缝方向移动的方式对平板机构实施搅拌摩擦焊接。但此种采用真空吸盘固定的方式作用力点距离焊缝较远且吸附力有限，不适用于厚板焊接。焊接长直平板时，需要将设备框架做大，或分几次进行焊接。不仅占用空间较大而且效率低，几次焊接后有可能出现焊缝不在一条直线上的现象。

由此可见，应用搅拌摩擦焊专用设备进行长焊缝搅拌摩擦焊焊接时，至少要求专用设备某一轴线行程大于焊缝长度且工装规模大于焊缝长度。专用设备行程增大，不仅会占用更多的空间，且行程越长，设备的精度越难以保证，设备成本越高，平板装卡需要工装复杂装卡效率低。并且一般搅拌摩擦焊接方法采用专用设备主轴箱结构整体移动进行长焊缝焊接，造成过多的资源消耗。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种长焊缝焊接用移动送进工装，该工装用于搅拌摩擦焊技术中，能够解决设备行程对长焊缝焊接的限制问题。

本发明的技术方案是：

一种长焊缝焊接用移动送进工装，该工装包括基体、主动辊机构、从动辊机构、背部支撑机构和上侧压紧机构；其中：所述基体上设有两处凹形孔，主动辊机构和从动辊机构分别设于两处凹形孔中；所述背部支撑机构通过螺栓固定于基体上，且能够通过改变连接螺纹孔位置，来调整其与基体之间的相互位置关系；所述上侧压紧机构通过接口法兰盘与设备主轴箱连接。

所述主动辊机构包括上侧辊子、调力机构、下侧辊子和驱动电机；其中：所述下侧辊子和上侧辊子与基体上相应的凹形孔侧壁配合形成移动副，驱动电机分别与上侧辊子和下侧辊子连接并对其进行驱动；所述调力机构同时连接上侧辊子和基体，并能通过调节上侧辊子与下侧辊子间距来改变对被焊铝板的送进力；所述调力机构包括弹簧、连接螺栓、推力轴承、螺纹轴、连接板和传力板；其中连接板中间加工有螺纹孔，四周加工有沉头孔；基体通过螺栓与连接板四周沉头孔连接；螺纹轴上加工有螺纹用于与连接板中间螺纹孔连接；螺纹轴轴端加工螺纹孔，传力板、推力轴承与螺纹轴通过轴端螺纹孔装配到一起；上侧辊子与传力板通过连接螺栓连接，并且在连接螺栓外套有弹簧。

所述从动辊机构包括上侧从动辊子、下侧从动辊子和调平板；其中：所述下侧从动辊子和上侧从动辊子与基体上相应的凹形孔侧壁配合形成移动副；所述调平板与基体通过螺栓连接，与上侧从动棍子通过螺柱连接并且在螺柱外套装弹簧；通过弹簧预紧力调节上侧从动辊子与下侧从动辊子的间距来保持被焊铝板送进时良好的预应力状态。

所述背部支撑机构包括滚动轴承、背部支撑框架和背部支撑辊轮；其中：所述滚动轴承与背部支撑辊轮都装配在背部支撑框架中，且装配后要保证所有滚动轴承外圈与背部支撑辊轮都能够与被送进铝板背部接触。所述背部支撑机构的背部支撑框架开设若干安装孔，用于将背部支撑机构固定于基体上。所述背部支撑辊轮采用钛合金、钨合金或采用经表面硬化处理的金属材料制造，背部支撑辊轮的侧面开设若干散热槽，以解决单轴肩搅拌摩擦焊接过程中背部支承辊与铝板粘连问题。可以根据单轴肩或双轴肩搅拌摩擦焊接工艺的不同对背部支撑辊进行拆装。

所述上侧压紧机构包括接口法兰盘、连接块和压紧块；其中：接口法兰盘与连接块螺纹紧固连接，连接块与压紧块之间装有弹簧。通过背部支撑机构上的滚动轴承与上侧压紧机构相配合对被焊铝板施加压紧力，使用时根据所需下压量来调整压紧力大小并能适用于不同焊接设备主轴倾角的焊接工艺。

本发明工装还设有侧向限位机构，其通过螺栓固定在基体上，并能通过改变连接螺纹孔位置，来调整与基体之间的相互位置关系；所述侧向限位机构的内侧设置轴承，通过轴承外圈与被焊铝板接触，防止对铝板表面造成划痕，可通过调整位置适应不同铝板宽度。

本发明工装还设有托板机构，所述托板机构安置于地面上，用于对被焊铝板进行支撑；使用时，调整好该托板机构与基体的相对位置，防止被焊铝板由于自重在工装边缘产生塑性变形。

本发明工装设计原理如下：

该工装主动辊机构与从动辊机构分别与基体上两处凹形孔侧壁配合形成移动副；上侧压紧机构与主轴箱机构连接，提供铝板搅拌摩擦焊过程中的压紧力；背部支撑机构与基体通过螺栓连接提供铝板搅拌摩擦焊过程中顶锻力的反作用力。侧向限位机构与基体通过螺栓连接，支撑于铝板侧面，平衡搅拌针在焊接过程中对铝板的侧向力。托板机构放置地面，用于承载未焊接铝板。

所述主动辊机构和从动辊机构皆可根据焊接铝板厚度调整上下两侧辊轮间的间距，以此来调整不同铝板厚度送进力的大小。侧向限位机构通过螺栓与基体连接并可以根据连接到不同螺纹孔的位置改变侧向机构与基体的相对位置，适应不同板宽的使用要求。背部支撑机构也可以根据不同螺纹孔的位置改变背部支撑机构与基体的相对位置，适应不同焊缝的位置，同时背部支撑机构中的背部支撑辊轮可以根据搅拌摩擦焊工艺的不同进行拆卸。

本发明的有益效果是：

1、本发明为基于辊轮驱动原理的长焊缝用焊接用移动送进工装，该工装精简设备规模，极大的降低了搅拌摩擦焊专用设备的制造成本和制造难度；被焊平板装卡简单，效率高；在焊接过程中，不需要专用设备主轴箱整体沿着焊缝方向移动，铝板与主轴箱结构在焊接过程中的相对运动由工装所带电机驱动。此种焊接方法可以很大程度上节省焊接过程中的能量消耗。

2、本发明结构简单、紧凑、适用板材长度、宽度范围广，易于安装，板材装卡效率高、可靠实用、成本低，刚度好，能够满足单轴肩和双轴肩搅拌摩擦焊工艺要求，且减少了焊缝长度对专用设备行程的要求。

3、本发明采用轴承外圈与铝板接触，可避免工装限位部分在铝板表面产生划痕。

4、本发明采用被焊铝板本身移动，不需要工装、主轴箱机构或工作台移动，极大的节省了焊接过程中所消耗的能源。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明上侧压紧机构的结构示意图；

图3为本发明背部支撑机构的结构示意图；

图4为本发明装夹被焊铝板后的正视图；

图5为本发明装夹被焊铝板后的俯视图；

图6为本发明调力机构的结构示意图；

图7为应用本发明和单轴肩焊接工艺焊缝成型图；

图8为应用本发明和双轴肩焊接工艺焊缝成型图。

其中：1-侧向限位机构；2-背部支撑机构；3-上侧压紧机构；4-主动辊机构；5-托板机构；6-从动辊机构；7-基体；21-滚动轴承；22-背部支撑框架；23-背部支撑辊轮；31-接口法兰盘；32-连接块；33-压紧块；41-上侧辊子；42-调力机构；421-弹簧；422-连接螺栓；423-推力轴承；424-螺纹轴；425-连接板；426-传力板；43-下侧辊子；44-驱动电机；61-上侧从动辊子；62-下侧从动辊子；63-调平板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-6所示，本发明长焊缝焊接用移动送进工装包括侧向限位机构1、背部支撑机构2、上侧压紧机构3、主动辊机构4、托板机构5、从动辊机构6和基体7。其中侧向限位机构1、背部支撑机构2都与基体7使用螺栓连接，通过分别改变连接螺纹孔来改变侧向限位机构1和背部支撑机构2与基体7的相互位置关系；上侧压紧机构3与焊接设备主轴箱使用螺栓连接，提供铝板搅拌摩擦焊过程中的压紧力，通过主轴箱的移动，改变上侧压紧机构3与基体7的相互位置关系；主动辊机构4、从动辊机构6分别与基体7上相应的凹形孔侧壁配合，形成移动副，使得上侧辊子41、上侧从动辊子61分别在调力机构42和调平板63的作用下，在凹形孔中滑动以适用不同的板厚。托板机构5放置在地面上，用于承载未焊接板材，防止被焊铝板由于自重在工装边缘产生塑性变形。

本发明长焊缝焊接用移动送进工装各组成部分具体结构如下：

所述主动辊机构4包括上侧辊子41、调力机构42、下侧辊子43和驱动电机44；其中：所述下侧辊子43和上侧辊子41与基体7上相应的凹形孔侧壁配合形成移动副，驱动电机44分别与上侧辊子41和下侧辊子43连接并对其进行驱动；所述调力机构42包括弹簧421、连接螺栓422、推力轴承423、螺纹轴424、连接板425和传力板426；其中连接板425中间加工有螺纹孔，四周加工有沉头孔；基体7通过螺栓与连接板425四周沉头孔连接；螺纹轴424上加工有螺纹用于与连接板425中间螺纹孔连接；螺纹轴424轴端加工螺纹孔，传力板426、推力轴承423与螺纹轴424通过轴端螺纹孔装配到一起；上侧辊子41与传力板426通过连接螺栓422连接，并且在连接螺栓422外套有弹簧421。调力机构42可以通过调节上侧辊子41与下侧辊子43间距来改变对被焊铝板的送进力(图6)。

所述从动辊机构6包括上侧从动辊子61、下侧从动辊子62和调平板63；其中：所述下侧从动辊子62和上侧从动辊子61与基体7上相应的凹形孔侧壁配合形成移动副；所述调平板(63)的四周开设沉头孔，用于与基体通过螺栓连接固定；调平板(63)中心位置开有螺纹孔，用于与上侧从动棍子(61)通过螺柱连接并且在螺柱外套装弹簧；通过弹簧预紧力调节上侧从动辊子(61)与下侧从动辊子的间距来保持被焊铝板送进时良好的预应力状态。

如图3所示，所述背部支撑机构2包括滚动轴承21、背部支撑框架22和背部支撑辊轮23；其中：所述滚动轴承21与背部支撑辊轮23都装配在背部支撑框架22中，且装配后要保证所有滚动轴承21外圈与背部支撑辊轮23都能接触到被送进铝板。所述背部支撑机构2的背部支撑框架22开设若干安装孔，用于将背部支撑机构2固定于基体7上。所述背部支撑辊轮23采用钛合金或钨合金制造，或者采用其他金属材料经表面硬化处理(如渗氮等)后制造而成，背部支撑辊轮23的侧面开设若干散热槽，以解决单轴肩搅拌摩擦焊接过程中背部支承辊与铝板粘连问题。可以根据单轴肩或双轴肩搅拌摩擦焊接工艺的不同对背部支撑辊进行拆装。

如图2所示，所述上侧压紧机构3包括接口法兰盘31、连接块32和压紧块33；其中：接口法兰盘31与连接块32螺纹紧固连接，连接块32与压紧块33之间装有弹簧。通过背部支撑机构2上的滚动轴承21与上侧压紧机构3相配合对被焊铝板施加压紧力，使用时根据所需下压量来调整压紧力大小并能适用于不同焊接设备主轴倾角的焊接工艺。

本发明工装的侧向限位机构1的内侧设置轴承，通过轴承外圈与被焊铝板接触，防止对铝板表面造成划痕，可通过调整位置适应不同铝板宽度。所述侧向限位机构1的数量及位置根据实际情况进行设定，优选的设置方式为：同时设于主动辊机构被焊铝板输入侧、从动辊机构被焊铝板输出侧以及主动螺机构和从动辊机构之间的位置。

采用本发明工装进行搅拌摩擦焊的操作过程如下：

在焊接开始前，先将被焊铝板放置在主动辊机构4和从动辊机构6的上下辊子中间，使板材对接缝在背部支撑辊轮23中线位置。然后，使侧向限位机构1中滚动轴承外圈与被焊板材侧面贴合后固定侧向限位机构1的位置。

在布置好侧向限位机构1后，根据被焊铝板厚度调整调平板63，使从动辊机构6中的上侧从动辊子61可靠的压紧在被焊铝板上。而后，通过对调力机构42的调整，使上侧辊子41压紧在被焊板材上，压紧力的大小可根据板材厚度和焊接参数通过调力机构42进行调节。

被焊铝板装夹完成后，即可进行搅拌摩擦焊接。焊接时，搅拌摩擦焊特种设备只需要提供搅拌针插入被焊铝板的运动。插入动作完成后，主轴箱就可以在原位置悬停，搅拌针保持转动。由驱动电机44带动上侧棍子41和下侧辊子43将运动传递到被焊铝板，完成板材的前进动作即可。

如图7所示，为应用本发明和单轴肩搅拌摩擦焊工艺完成的焊缝；图8所示为为应用本发明和双轴肩搅拌摩擦焊工艺完成的焊缝。