一种用于贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置的制作方法

1.本实用新型涉及搅拌摩擦焊领域，具体涉及一种用于贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置。


背景技术：

2.搅拌摩擦焊技术在焊接领域被誉为近三十年最具创造性的实用新型，是一种优质高效、绿色、低成本、低变形的固相焊接方法，彻底解决了多种有色金属熔焊所带来的一系列问题，并逐步取代熔焊方式，已被广泛应用于航空、航天领域。
3.目前国内常规的贮箱搅拌摩擦焊设备都采用了搅拌摩擦焊机头固定，待焊接贮箱移动旋转的形式。发明人在研究过程中发现，此类设备对于焊接小规格产品或贮箱尚且适用，但是对于超长超大尺寸贮箱，由于较大自重旋转所带来的转动惯量会破坏机构间的同步性，长期使用后同步性变差造成焊接质量无法保障，且存在设备易损坏、报错及维修操作难度大等缺陷。
4.鉴于此，亟需设计一种用于贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置，以解决贮箱自重旋转带来的转动惯量对产品焊接质量的破坏，改善大尺寸贮箱的焊接质量。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置。
6.本实用新型提供一种用于贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置，包括：环形滑板，为中空圆环形滑板，内置第一环形导轨、第二环形导轨和环形齿圈；机架，为中空的龙门架形式，用于支撑所述环形滑板，所述环形滑板相对于所述机架可旋转，所述机架静止不动；搅拌摩擦焊机头，安装在所述环形滑板上且架设在所述第一环形导轨和所述第二环形导轨上，所述搅拌摩擦焊机头通过在所述环形齿圈上驱动绕所述第一环形导轨和所述第二环形导轨上行驶，用以完成对待焊接贮箱的周向焊接。
7.根据本实用新型的一个实施例，该装置还包括：铣削机头，安装在所述环形滑板上，所述铣削机头在所述环形滑板上的安装位置与所述搅拌摩擦焊机头在所述环形滑板上的安装位置彼此周向间隔180度。
8.根据本实用新型的一个实施例，该装置还包括：环形拖链，设置在所述机架内侧，用于通过设置电控走线，给所述搅拌摩擦焊机头和所述铣削机头供电。
9.根据本实用新型的一个实施例，该装置还包括：驱动电机和旋转传动机构，共两套设置在所述搅拌摩擦焊机头和所述铣削机头上，所述旋转传动机构与所述环形齿圈齿合，所述驱动电机驱动所述旋转传动机构在所述环形齿圈上转动，从而带动所述搅拌摩擦焊机头和所述铣削机头转动。
10.根据本实用新型的一个实施例，该装置还包括：内撑机构，用于环形支撑在贮箱焊接部位的内侧；外抱机构，用于环形夹紧在贮箱焊接部位的外侧。
11.根据本实用新型的一个实施例，该装置还包括：头座和尾座，分别用于支撑在贮箱的头部和尾部，且所述头座和所述尾座设置配重壳，以平衡贮箱的重量。
12.根据本实用新型的一个实施例，该装置还包括：头座/尾座床身，设置在所述头座和所述尾座的下方，且所述头座/尾座可移动地设置在所述头座/尾座床身；机架床身，设置在所述机架的下方，且所述机架床身可移动地设置在所述机架床身。
13.根据本实用新型的一个实施例，该装置还包括：花盘，为贮箱箱底的形状，所述花盘用于支撑贮箱箱底并通过芯轴连接到所述头座和所述尾座上；托辊，设置在所述头座/尾座床身上用于支撑贮箱中段。
14.根据本实用新型的一个实施例，所述搅拌摩擦焊机头还包括第一滑台、第一驱动机构、监控装置和激光跟踪器。
15.根据本实用新型的一个实施例，所述铣削机头还包括第二滑台、第二驱动机构和配重块。
16.本实用新型通过用于贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置中的搅拌摩擦焊机头围绕待焊接贮箱进行周向旋转作业，利用环形滑板内置的第一环形导轨、第二环形导轨和环形齿圈实现搅拌摩擦焊机头旋转，而待焊接贮箱保持静止不动，能够解决同步旋转所带来的大惯量在装置使用时间长后精度降低的问题，解决了同步问题还提高了装置的实用性。
17.应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。
附图说明
18.下面的附图是本实用新型的说明书的一部分，其绘示了本实用新型的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明实用新型的原理。
19.图1是本实用新型一个实施例的用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置的立体图；
20.图2是本实用新型另一个实施例的用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置的剖视图；
21.图3是本实用新型再一个实施例的用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置的侧视图；
22.图4是本实用新型另一个实施例的用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置的立体图；
23.图5是本实用新型一个实施例的用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置的搅拌摩擦焊机头的示意图；
24.图6是本实用新型一个实施例的用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置的铣削机头的示意图。
25.附图标记：
26.100-机架，200-环形滑板，201-第一环形导轨，202-第二环形导轨，203-环形齿圈，300-搅拌摩擦焊机头，301-第一滑台，302-第一驱动机构，303-监控装置，304-激光跟踪器，400-铣削机头，401-第二滑台，402-第二驱动机构，403-配重块，500-环形拖链，601-驱动电机，602-旋转传动机构，701-内撑机构，702-外抱机构，801-头座，802-尾座，803-头座/尾座
床身，804-机架床身，805-花盘，806-托辊，807-芯轴。
具体实施方式
27.下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本实用新型，用于示例性的说明本实用新型的原理，并不被配置为限定本实用新型。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一些结构件或区域的尺寸，以帮助对本实用新型实施例的理解。
28.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型实施例的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.此外术语“包括”、“包含”“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素结构件或组件不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出或固有的属于结构件、组件上的其他机构件。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
30.诸如“下面”、“下方”、“在
…
下”、“低”、“上方”、“在
…
上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。
31.对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。
32.其中，图1是本实用新型一个实施例的用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置的立体图；图2是本实用新型另一个实施例的用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置的剖视图；图3是本实用新型再一个实施例的用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置的侧视图；图4是本实用新型另一个实施例的用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置的立体图；图5是本实用新型一个实施例的用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置的搅拌摩擦焊机头的示意图；图6是本实用新型一个实施例的用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置的铣削机头的示意图。
33.如图1所示，本实用新型提供一种用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置，包括：环形滑板200，为中空圆环形滑板200，内置第一环形导轨201、第二环形导轨202和环形齿圈203；机架100，为中空的龙门架形式，用于支撑环形滑板200，环形滑板200相对于机架100可旋转，机架100静止不动；搅拌摩擦焊机头300，安装在环形滑板200上且架设在第一环形导轨201和第二环形导轨202上，搅拌摩擦焊机头300通过在环形齿圈203上驱动绕第一环
形导轨201和第二环形导轨202上行驶，用以完成对待焊接贮箱的周向焊接。
34.其中，航天运载器的贮箱包括筒段和两端的箱底，筒段和箱底的焊接可采用搅拌摩擦焊进行焊接，可以有效避免在熔焊过程中出现的气体、夹杂、热裂等缺陷。筒段和箱底的焊接采用环缝的焊接方式，本实施例中通过搅拌摩擦焊机头300围绕待焊接贮箱的环缝旋转进行焊接，可以解决贮箱自身旋转的破坏性转动惯量，对于超长超大尺寸的贮箱焊接质量的改善具有较为突出的技术优势。
35.具体地，用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置采用龙门式的机架100便于安装环形滑板200以及待焊接的贮箱，环形滑板200安装在机架100内侧以及待焊接贮箱的外侧，环形滑板200位于机架100和待焊接贮箱之间。环形滑板200相对于机架100和待焊接贮箱是可滑动的，中空的圆环形滑板内置第一环形导轨201、第二环形导轨202和环形齿圈203，用于提供轨道和动力输出使环形滑板200可滑动。搅拌摩擦焊机头300安装在环形滑板200上能够跟随环形滑板200一起滑动。搅拌摩擦焊机头300架设在第一环形导轨201和第二环形导轨202上，环形齿圈203设置在第一环形导轨201和第二环形导轨202之间，搅拌摩擦焊机头300通过在环形齿圈203施力从而驱动搅拌摩擦焊机头300在第一环形导轨201和第二环形导轨202上行驶，从而实现搅拌摩擦焊机头300旋转而待焊接贮箱不动的焊接方式，完成对待焊接贮箱的周向焊接。
36.本实施例中，搅拌摩擦焊装置的焊接方式能够避免因为待焊接贮箱旋转所带来的一系列不利影响因素。例如，超长超大尺寸的待焊接贮箱由于自身重量较大，其旋转所带来的转动惯量会破坏各个部件之间的同步性，长期使用后同步性变差造成焊接质量无法保障，此外，大的转动惯量也会导致设备易损坏、报错，且工人维修操作难度大。从本技术实施例的焊接方法，通过改变焊接转动关系，可以使焊接质量得到很好的保障。此外，因本技术实施例的搅拌摩擦焊装置整体结构形式的简化，使焊接编程难度、工人操作难度及维修难度随之降低。在焊接过程中，待焊接贮箱不需要旋转，只有搅拌摩擦焊机头300围绕待焊接贮箱旋转，能够解决同步旋转所带来的大惯量在装置使用时间长后精度降低的问题，同时解决了焊接同步问题，并提高了装置的实用性。本技术实施例通过焊接设备与待焊接设备相反的转动关系，更少的旋转机构，简化了使用及维修过程中的报错清错过程，提高了焊接装置的日常维修性。
37.可选地，搅拌摩擦焊机头300采用回抽式搅拌摩擦焊机头300，在焊接过程中回抽式搅拌摩擦焊机头300可以根据到待焊接贮箱的距离随时调整位置，保证与待焊接贮箱的距离在焊接规定的范围内，从而提高焊接质量。
38.如图2所示，根据本实用新型的一个实施例，该装置还包括：铣削机头400，安装在环形滑板200上，铣削机头400在环形滑板200上的安装位置与搅拌摩擦焊机头300在环形滑板200上的安装位置彼此周向间隔180度。
39.具体地，搅拌摩擦焊装置还包括铣削机头400，用于给待焊接贮箱的环缝进行铣削。为了让铣削机头400围绕待焊接贮箱进行旋转，同样需要将铣削机头400安装在环形滑板200上跟随环形滑板一起滑动。铣削机头400架设在第一环形导轨201和第二环形导轨202上，环形齿圈203设置在第一环形导轨201和第二环形导轨202之间，铣削机头400通过在环形齿圈203的驱动在第一环形导轨201和第二环形导轨202上行驶，从而在铣削时实现铣削机头400旋转而待焊接贮箱不动的铣削方式，完成对待焊接贮箱的周向铣削。
40.其中，铣削机头400在环形滑板200上的安装位置与搅拌摩擦焊机头300在环形滑板200上的安装位置彼此周向间隔180度，通过搅拌摩擦焊机头300与铣削机头400的对称布置，能够相互抵消对焊接质量有害的重力产生的附加力矩。
41.根据本实用新型的一个实施例，该装置还包括：环形拖链500，设置在机架100内侧，用于通过设置电控走线，给搅拌摩擦焊机头300和铣削机头400供电。
42.具体地，搅拌摩擦焊机头300和铣削机头400分别需要电控走线提供电能，将环形拖链500设置在机架100内侧，环形拖链500能够带着电控走线随着搅拌摩擦焊机头300和铣削机头400一起滑动，需环形拖链500以及电控走线需要具有冗余长度以支撑摩擦焊机头或铣削机头400完成工作任务。
43.根据本实用新型的一个实施例，该装置还包括：驱动电机601和旋转传动机构602，共两套设置在搅拌摩擦焊机头300和铣削机头400上，旋转传动机构602与环形齿圈203齿合，驱动电机601驱动旋转传动机构602在环形齿圈203上转动，从而带动搅拌摩擦焊机头300和铣削机头400转动。
44.具体地，搅拌摩擦焊机头300上设置驱动电机601用于提供驱动力，在驱动电机601的输出处设置旋转传动机构602，该旋转传动机构602与环形齿圈203齿合，从而驱动电机601驱动旋转传动机构602在环形齿圈203上转动，从而带动搅拌摩擦焊机头300转动。同样，铣削机头400上也设置驱动电机601用于提供驱动力，在驱动电机601的输出处设置旋转传动机构602，该旋转传动机构602与环形齿圈203齿合，从而驱动电机601驱动旋转传动机构602在环形齿圈203上转动，从而带动铣削机头400转动。
45.其中，驱动电机601和旋转传动机构602相互配合为环形滑板200提供周向转动功能，驱动电机601通过旋转传动机构602将一个输入转换成两个输出，两个输出在环形滑板200上并列设置，通过两个输出能够消除传动间隙，从而达到同步控制的功能。设置每个驱动电机601的输出对应两个旋转传动机构602，两个旋转传动机构602对称安装在环形滑板200上。
46.作为一种实施方式，环形滑板200可以设置成拼接而成的两块滑板，每个驱动电机601的输出对应两个旋转传动机构602，两个旋转传动机构602分别安装在两个滑板上。且两个滑板的内侧均设置第一环形导轨201、第二环形导轨202和环形齿圈203，通过一个驱动电机601的输出对应两个旋转传动机构602，两个旋转传动机构602分别对应两个环形齿圈203，驱动搅拌摩擦焊机头300或铣削机头400的沿着第一环形导轨201和第二环形导轨202运行。
47.如图2和图3所示，根据本实用新型的一个实施例，该装置还包括：内撑机构701，用于环形支撑在贮箱焊接部位的内侧；外抱机构702，用于环形夹紧在贮箱焊接部位的外侧。
48.具体地，内撑机构701为适应待焊接贮箱的内侧的圆环形结构，用于支撑在待焊接贮箱的环缝焊接部位内侧，外抱机构702为适应待焊接贮箱的外侧的圆环形结构，用于支撑在待焊接贮箱的环缝焊接部位的外侧。内撑机构701在待焊接贮箱的内部支撑，外抱机构702在待焊接贮箱的外部夹紧，实现待焊接贮箱在焊接过程的定位，避免发生变形。在焊接过程中，内撑机构701和外抱机构702不需要旋转，降低了内撑机构及搅拌摩擦焊装置的复杂度。外抱机构702可以采用外压压爪结构，使得夹紧效果更加紧凑可靠，从而保证待焊接贮箱在焊接过程中稳定，提高焊接质量。
49.如图4所示，根据本实用新型的一个实施例，该装置还包括：头座801和尾座802，分别用于支撑在贮箱的头部和尾部，且头座801和尾座802设置配重壳，以平衡贮箱的重量。
50.具体地，由于贮箱为筒段为长度较长的圆柱形结构，为了更好地固定待焊接贮箱，需要设置头座801和尾座802分别支撑在待焊接贮箱的头部和尾部，即筒段和两端箱底结合的部位。为了平衡待焊接贮箱筒段的重量，分别在头座801和尾座802相对待焊接贮箱筒段的另一端设置配重壳，从而能够平衡待焊接贮箱的重量，保证焊接过程中待焊接贮箱的平稳。
51.根据本实用新型的一个实施例，该装置还包括：头座/尾座床身803，设置在头座801和尾座802的下方，且头座801/尾座802可移动地设置在头座/尾座床身803；机架床身804，设置在机架100的下方，且机架100可移动地设置在机架床身804。
52.具体地，为了适应不同尺寸的待焊接贮箱的固定，头座801可以沿着头座/尾座床身803移动从而将头座801位于筒段和一端箱底的环缝焊接处，尾座802可以沿着头座/尾座床身803移动从而将尾座802位于筒段和另一端的环缝焊接处。为了便于待焊接贮箱两端的箱底均与筒段进行环缝焊接，在一端的箱底与筒段的环缝焊接完毕后，可以通过机架床身804将机架100移动到另一端的箱底和筒段的环缝进行焊接。
53.其中，头座/尾座床身803和机架床身804均包括重载线轨及滑块，以提供给头座801、尾座802和机架100可移动的轨道和滑块。头座801、尾座802和机架100上均有电机驱动其沿着待焊接贮箱轴向方向移动。
54.根据本实用新型的一个实施例，该装置还包括：花盘805，为贮箱箱底的形状，花盘805用于支撑贮箱箱底并通过芯轴807连接到头座801和尾座802上；托辊806，设置在头座/尾座床身803上用于支撑贮箱中段。
55.具体地，由于待焊接贮箱的箱底圆底面的特殊形状，直接架设在头座801或尾座802上不能保证稳定性，所以将花盘805设置成待焊接贮箱箱底的形状将箱底包裹。花盘805的顶端有延伸的芯轴807，固定有待焊接贮箱箱底的花盘805通过芯轴807连接到头座801以及尾座802上，既能保护待焊接贮箱的箱底不会碰撞其它部件，还能保证焊接过程中的稳定性。在待焊接贮箱的长度较长的情况下，可以在头座/尾座床身803上设置托辊806用于支撑待焊接贮箱的筒段中段位置。托辊806设置成适应筒段的半圆形状且能沿着筒段径向方向升降，托辊806能沿着头座/尾座床身803移动将托辊806设置在合适的位置用以支撑待焊接贮箱的筒段，减少因为贮箱的重量引起的不平衡问题，避免保证贮箱因自重产生扰度变形。
56.其中，内撑机构701是通过芯轴807连接到头座801和尾座802的，外抱机构702安装于机架100内侧，内撑机构701和外抱机构702在焊接过程中不需要旋转。
57.如图5所示，根据本实用新型的一个实施例，搅拌摩擦焊机头300还包括第一滑台301、第一驱动机构302、监控装置303和激光跟踪器304。
58.具体地，搅拌摩擦焊机头300的第一滑台301安装于环形滑板200内侧，第一驱动机构302安装于搅拌摩擦焊机头300上。第一滑台301为搅拌摩擦焊机头300提供沿待焊接贮箱的径向行程，激光跟踪器304设置于搅拌摩擦焊机头300前方，监控装置303可以选择高清视频监控摄像头设置于搅拌那摩擦焊机头左右两侧。
59.如图6所示，根据本实用新型的一个实施例，铣削机头400还包括第二滑台401、第二驱动机构402和配重块403。
60.具体地，铣削机头400的第二滑台401安装于环形滑板200内侧，铣削机头400连同第二滑台401、第二驱动机构402、配重块403与搅拌摩擦焊机头300总成在环形滑板200呈上下对称布置。配重块403通过孔位螺接安装于铣削机头400的第二滑台401上用于抵消搅拌摩擦焊机头300产生的附加力矩。
61.针对该用于航天运载器贮箱焊接的搅拌摩擦焊装置的使用方法，首先是步骤s1，可以先将贮箱筒段的待焊接部位固定在铣削机头400下方，铣削机头400围绕贮箱筒段的待焊接部位周向360度旋转进行铣削；完成筒段的铣削工序后退出贮箱筒段，再将贮箱箱底的待焊接部位固定在铣削机头400下方，铣削机头400围绕贮箱箱底的待焊接部位周向360度旋转进行铣削。在本实施例中，也可以先进行贮箱箱底的铣削，再进行贮箱筒段的铣削，该前后顺序不受限定，分别将贮箱筒段和箱底的待焊接部位铣削成相匹配的对接面，便于后续焊接工序能够平滑可靠地进行。
62.其次是步骤s2，在上述步骤中将已经铣削好的贮箱筒段和箱底匹配的对接面进行合缝处理，将待焊接的部位对接后形成环缝并固定在搅拌摩擦焊机头300的下方，通过搅拌摩擦焊机头300围绕贮箱的环缝进行周向旋转焊接，从而实现搅拌摩擦焊机头300旋转而待焊接贮箱不动的焊接方式。
63.其中，激光跟踪器304安装在搅拌摩擦焊机头300的第一滑台301上，第一滑台301为搅拌摩擦焊机头300提供沿待焊接贮箱的径向行程。在步骤s2中，激光跟踪器304扫描反馈对接面环缝的位置，将搅拌摩擦焊机头300调整到环缝中间位置进行焊接。激光跟踪器304实时反馈补偿值到控制系统，通过调整搅拌摩擦焊机头300的位置保证焊接质量。其中，激光跟踪器304实时反馈的补偿值不在预设值范围内时，控制系统能够实时调整搅拌摩擦焊机头300与环缝的距离，保证补偿值在预设值范围内，从而提高搅拌摩擦焊的质量。
64.其中，监控装置303可以选择高清视频监控摄像头设置于搅拌那摩擦焊机头左右两侧。在步骤s2中监控装置303在焊接过程中实时拍摄焊缝的图像传给控制系统，操作人员可以通过监控显示观察焊缝的质量，当出现焊接事故或者焊缝问题时，操作人员可以及时断开电源进行紧急关停，避免造成安全事故。
65.值得注意的是，在步骤s2中，如果搅拌摩擦焊机头300周向旋转焊接360度后直接将搅拌针抽出会造成焊缝不均匀，所以在搅拌摩擦焊机头300下扎搅拌针在合适的位置后，搅拌摩擦焊机头300需要周向旋转焊接360度后进行回抽，缓缓移出搅拌摩擦焊机头300的搅拌针，且在回抽过程中搅拌摩擦焊机头300继续焊接50-90度。优选地，在回抽过程中搅拌摩擦焊机头300继续焊接90度，通过450度弧段的焊接后即完成了无缺陷、无匙孔的搅拌摩擦焊，实现焊缝的均匀。
66.根据本实用新型的一个实施例，当贮箱一端的筒段和箱底焊接完成后，将航天运载器贮箱搅拌摩擦焊装置移至贮箱另一端的筒段和箱底处，重复进行上述实施例中步骤s1-s2的方法，将整个贮箱焊接完毕。最后，解锁内撑机构701和外抱机构702，通过吊装将焊接好的贮箱吊出。
67.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。