一种填充式搅拌摩擦增材制造装置及增材制造方法与流程

本发明属于焊接设备，具体是一种填充式搅拌摩擦增材制造装置及增材制造方法。

背景技术：

1、填充式搅拌摩擦焊是一种固态焊接技术，常用于连接不同材料或者难以焊接的材料，它结合了填充式搅拌和摩擦焊的原理。

2、在填充式搅拌摩擦焊中，焊接过程涉及到两个工件的连接。首先，焊接头部分会被加热至高温状态，但并不到熔点；然后，一个特殊的搅拌工具被插入到焊接头部中，通过旋转和下压的方式进行搅拌；搅拌工具的旋转和下压过程会产生大量的摩擦热，进而软化了材料，这个过程中，填充物也被添加到搅拌区域，用来填充材料之间的空隙。

3、与传统焊接技术相比，填充式搅拌摩擦焊有许多优点。它不需要使用其他填充材料，可以实现无缺口焊接，并且能够有效降低焊接过程中的热影响区域，此外，由于焊接过程中没有熔融，所以填充式搅拌摩擦焊可以避免气孔、裂纹等焊接缺陷的出现。

4、现有的填充式搅拌摩擦焊增材制造装置，搅拌头高度都是固定的，只能应用于焊接厚度一致的焊接构件，适用性范围有限，且填充料供给不连续，影响焊接效果。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明提供了一种填充式搅拌摩擦增材制造装置及增材制造方法。

2、本发明的技术方案是：一种填充式搅拌摩擦增材制造装置，包括上端设有安装框的安装底板、设于所述安装框下端且底端设有第一安装口的上安装套、设于所述第一安装口处的旋转安装组件、与所述旋转安装组件连接的搅拌摩擦连接组件以及与所述搅拌摩擦连接组件的搅拌焊接头；

3、所述旋转安装组件设于第一安装口处且上下两端与外部贯通的旋转安装筒、与所述旋转安装筒内壁转动连接的旋转限位柱、对称设于旋转安装筒内且位于所述旋转限位柱上下两端的限位扣板、贯穿旋转限位柱和所述限位扣板上下两端且底端设有倒t型连接块的旋转连接竖杆、设于所述上安装套内且与所述旋转连接竖杆上端连接的正反转电机；

4、所述搅拌摩擦连接组件包括上端中心处设有与所述倒t型连接块卡接的连接凹口的空心连接套、设于所述空心连接套底端的贯通口、底端贯穿所述贯通口并延伸至外部且上端设有与空心连接套内壁滑动连接的水平滑动板的搅拌摩擦杆、设于水平滑动板与空心连接套顶端之间的液压升降杆；

5、空心连接套左右两侧外壁分别设有贯通添加口，安装框底端且位于两个贯通添加口位置处对称设有两个l型推送安装架，每个所述l型推送安装架的竖直段通过微型液压缸连接有与贯通添加口正对的推料板，l型推送安装架与上安装套之间通过辅助伸缩杆连接；所述搅拌焊接头与搅拌摩擦杆底端连接。

6、进一步地，所述安装底板上端设有卡接凹口，所述卡接凹口内设有固定卡接件，所述固定卡接件包括设于卡接凹口内左右两端的两个水平滑动槽、左右两端贯穿两个所述水平滑动槽并伸缩至内部的第一电动伸缩杆、可沿水平滑动槽左右滑动且竖直段与第一电动伸缩杆的对应端连接的固定卡接板，所述固定卡接板侧壁中心处设有活动安装口，所述活动安装口处活动连接有弧形夹持板。

7、说明：当对两个焊件进行搅拌摩擦焊接时，将两个焊件放置于卡接凹口内，然后，通过固定卡接件对焊件进行夹持，当固定卡接件对焊件进行夹持时，将焊件放置于两个固定卡接板之间，通过第一电动伸缩杆的压缩作用，使相对分布的两个固定卡接板与焊件两侧相互靠近，并进行夹持固定，当待焊接的焊件为弧形轮廓时，将弧形夹持板安装于活动安装口处，利用弧形夹持板对弧形焊件进行夹持固定，可避免在搅拌摩擦焊接的过程中摆动，提高焊接精度和焊接效果。

8、更进一步地，所述固定卡接板和所述弧形夹持板侧壁处均设有橡胶防滑垫。

9、说明：通过橡胶防滑垫可增加固定卡接板和弧形夹持板与焊件之间的摩擦力，提高夹持稳固性，间接提高焊接效果。

10、更进一步地，所述安装框底端设有呈网格状分布的多个滑动调节槽，所述上安装套上端设有与所述滑动调节槽滑动连接的第一滑动调节块，所述l型推送安装架的竖直段上端与滑动调节槽滑动连接。

11、说明：当需要调节焊接位置或者焊缝偏离搅拌焊接头时，可推动上安装套，使第一滑动调节块在滑动调节槽内滑动，从而使旋转安装组件、搅拌摩擦连接组件以及l型推送安装架同步移动，当搅拌焊接头与焊接位置正对时即可，通过调节旋转安装组件和搅拌摩擦连接组件的位置，提高装置运行的可靠性，增加装置适用范围。

12、更进一步地，所述滑动调节槽内滑动连接有空气冷却组件，所述空气冷却组件包括上端设有与滑动调节槽滑动连接的第二滑动调节块的冷却安装套、设于所述冷却安装套底端的第二安装口、通过折叠套筒与所述第二安装口连接的弧形通气罩、设于弧形通气罩外壁与冷却安装套之间的第二电动伸缩杆、设于冷却安装套内的微型空压机，所述弧形通气罩底端设有多个冷气出口。

13、说明：当焊接完需要对焊接处进行冷却时，推动上安装套，使搅拌焊接头与焊件分离，通过第二滑动调节块在滑动调节槽内的滑动来调节冷却安装套的位置，当调节冷却安装套位于焊件的正上端时，通过第二电动伸缩杆的延伸作用带动弧形通气罩向靠近焊件处移动，当弧形通气罩位于焊件正上方时，启动微型空压机，利用微型空压机将外部空气抽至冷却安装套内，并经折叠套筒和弧形通气罩上的各个冷气出口对焊件进行冷却，通过上述空气冷却过程，可加速焊件冷却，使焊件逐渐回复到室温，晶粒结构得到固化，这有助于减少焊接接头的应力和变形，提高焊件性能。

14、更进一步地，所述弧形通气罩上端与所述折叠套筒底端通过连接环螺纹连接。

15、说明：通过连接环将弧形通气罩和折叠套筒进行螺纹连接，方便两者之间的拆卸和安装。

16、进一步地，所述倒t型连接块与连接凹口之间通过固定螺栓连接，所述上安装套底端且位于所述第一安装口外围处设有环形滑动槽，所述旋转安装筒上端沿周向均匀设有多个滑动加强杆，每个所述滑动加强杆上端设有与所述环形滑动槽滑动连接的弧形滑动块。

17、说明：通过固定螺栓对倒t型连接块与连接凹口进行固定，增加两者连接的牢靠性，提高装置整体连接的紧凑性，旋转安装筒底端的各个滑动加强杆通过弧形滑动块与上安装套底端的环形滑动槽滑动连接，保证空心连接套在旋转的同时，空心连接套与上安装套之间多点位连接，缓解倒t型连接块与连接凹口之间的承载力，增加空心连接套与上安装套的连接牢靠性，提高装置运行可靠性，延长使用寿命。

18、更进一步地，还包括智能检测组件，所述智能检测组件包括与各个电气元件电性连接的控制器、设于所述固定卡接板和所述弧形夹持板侧壁上且与控制器电性连接的重力传感器、设于所述水平滑动板上且与控制器电性连接的拉线位移传感器、设于安装框侧壁且与控制器电性连接的电子触摸显示屏。

19、说明：通过控制器控制各个电气元件自动化运行，通过重力传感器实时监测固定卡接板和所述弧形夹持板对焊件的夹持力度，避免挤压过度造成损坏，通过拉线位移传感器检测水平滑动板的高度变化，也就是实时监测搅拌焊接头的移动距离，方便控制搅拌焊接头距离焊件的高度，保证焊接效果。

20、本发明还公开了一种填充式搅拌摩擦增材制造方法，基于上述一种填充式搅拌摩擦增材制造装置，包括以下步骤：

21、s1、将需要焊接的两个焊件放置于安装底板上，并使焊缝正对搅拌焊接头，启动液压升降杆，利用液压升降杆的延伸作用带动水平滑动板在空心连接套内向下滑动，使搅拌摩擦杆和搅拌焊接头同步下移，当搅拌焊接头与焊缝处接触时，关闭液压升降杆；

22、s2、启动正反转电机，利用正反转电机带动旋转连接竖杆旋转，此时，旋转限位柱和倒t型连接块同步转动，而与倒t型连接块连接的空心连接套以及位于空心连接套内的搅拌摩擦杆和搅拌焊接头也会同步转动，通过搅拌焊接头的旋转进行搅拌摩擦焊接处理，可通过移动焊件对不同位置进行焊接；

23、s3、在焊接的同时，将焊接需要的填充材料放置在l型推送安装架的水平段，通过对应的贯通添加口添加至空心连接套，并随着搅拌摩擦杆和搅拌焊接头的旋转添加至焊接位置处，与此同时，启动微型液压缸，通过微型液压缸的延伸作用使推料板推动填充材料不断进入空心连接套内，实现连续供给，使两个焊件之间的优质对焊连接。

24、相对于现有技术，本发明的有益效果是：

25、本发明的填充式搅拌摩擦增材制造装置在使用时，通过液压升降杆的延伸作用带动搅拌摩擦杆和搅拌焊接头上下移动，同时，拉线位移传感器检测水平滑动板的高度变化，也就是实时监测搅拌焊接头的移动距离，克服了现有的搅拌摩擦焊装置焊接深度有限，调节不方便的问题，提高了焊接效果，能够自动适应各种焊接深度，满足不同焊件的焊接需求；通过微型液压缸的延伸作用使推料板推动填充材料通过贯通添加口不断进入空心连接套内，并随着搅拌摩擦杆和搅拌焊接头的旋转添加至焊接位置处，实现连续供给，可实现两个焊件之间的优质对焊连接；本发明的上安装套与旋转安装筒之间、倒t型连接块与空心连接套之间以及上安装套与空心连接套之间均活动连接，一方面，方便各个元件之间的拆卸与安装，且不使用时拆卸后方便运输和储存，另一方面，各个元件之间相互连接，且增加了连接牢靠性，提高装置运行可靠性，延长使用寿命。