一种底部超声振动及辅助加热的复合搅拌摩擦焊装置

本发明涉及焊接，特别涉及一种底部超声振动及辅助加热的复合搅拌摩擦焊装置。

背景技术：

1、搅拌摩擦焊是一种新型的固相连接技术，具有无飞溅、无弧光、焊接变形小，接头质量高等优点，焊缝内部“漏斗状”的温度分布是搅拌摩擦焊的固有特征，因此焊件底部温度较焊件上部较低，造成焊件底部材料塑性流动不够充分，容易造成焊缝底部弱连接等焊接缺陷，尤其是在厚板焊接中这种现象尤为明显，从而降低接头力学性能。

2、在搅拌摩擦焊过程中，将外加超声振动和辅助加热加入焊缝，底部辅助加热在减小金属流变阻力促进焊缝底部金属的流动，降低弱连接倾向，而超声振动的引入能有效抑制辅助加热所造成的晶粒粗化的问题，同时超声对金属材料的声致软化作用可以进一步降低流变阻力，使焊缝组织细化和均匀化，提高接头性能。专利cn105397277a公开了一种底部施加超声振动的搅拌摩擦焊接装置，其并未指出超声冲击头是否与搅拌头保持同轴心，以及如何超声探头与焊件接触部分的轴向力由谁提供，并且只有超声振动的作用，以及如何在传统铣床主体刀柄至工作台有限的竖向空间内安装并保证在焊接过程中超声冲击头时刻与搅拌头同轴心。

3、综上所述，为了提高超声振动和辅助加热在焊缝根部的作用效果，以及解决超声振动装置在小空间内的安装和超声冲击头附近轴向力支撑的问题，本发明提出一种底部超声振动辅助加热搅拌摩擦焊焊接装置来解决超声振动装置在小空间内的安装问题，并且辅以热源促进焊缝根部金属流动，从而降低弱连接倾向，提高接头力学性能。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种底部超声振动及辅助加热的复合搅拌摩擦焊装置，可以有效解决背景技术中现有的超声振动装置在小空间内的安装效果差的缺点，以及解决背景技术中现有的超声冲击头附近轴向力支撑结构不稳点的缺点，最终解决焊接效果差的缺点。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种底部超声振动及辅助加热的复合搅拌摩擦焊装置，包括设置在铣床上的装置本体，所述装置本体包括支撑台，活动设置在支撑台上的稳定组件，设置在稳定组件上的焊接组件，设置在支撑台上的夹持组件，所述夹持组件主要用于夹持焊件，稳定组件在支撑台上横向滑动，稳定组件主要用于带动焊接组件横向滑动实现沿着焊件的缝隙实现焊接两个焊件；

3、所述稳定组件包括稳定架，所述稳定架包括稳定底板、稳定立板以及稳定圈条，所述稳定立板固定设置在所述稳定底板上侧中部，且所述稳定立板与所述稳定底板相互垂直，所述稳定圈条固定设置在所述稳定立板上部，所述稳定立板中部设有安装通孔，所述稳定立板底部与稳定底板之间设有三角块，通过三角块提高稳定立板与稳定底板之间的稳定性；

4、所述支撑台与所述稳定架之间通过活动组件连接，所述活动组件包括相对设置在所述支撑台底部内壁上的第一滑块以及相对设置在所述稳定架底部的导轨，所述第一滑块中部开设有滑槽，所述导轨在滑槽内横向滑动，通过导轨在第一滑块的滑槽内横向滑动，实现带动稳定架横向滑动，所述支撑台中部开设有缺口，所述稳定立板端部穿过缺口，且在缺口内横向滑动，最终实现带动焊接组件横向滑动，通过焊接组件的滑动，完成对两个焊件之间缝隙的焊接；

5、所述焊接组件安装在稳定立板的安装通孔中，所述焊接组件包括支撑套筒、超声波震动模块、电阻加热块、陶瓷隔热环以及搅拌头，所述稳定底板上开设有圆形安装槽，所述圆形安装槽位于安装通孔底部，所述支撑套筒通过螺丝安装在圆形安装槽内，所述超声波震动模块通过螺丝安装在所述支撑套筒内，所述稳定立板上部开设有圆形超声冲击孔以及矩形安装槽，所述圆形超声冲击孔位于稳定立板上部中心位置处，所述矩形安装槽位于圆形超声冲击孔一侧，所述超声波震动模块位于圆形超声冲击孔正下端，所述陶瓷隔热环安装在矩形安装槽内，所述电阻加热块设置在陶瓷隔热环中部，所述搅拌头位于陶瓷隔热环正上方。

6、优选地，所述支撑台底部相对开始有方形安装槽，所述铣床上相对设有安装凸块，且安装凸块与方形安装槽相互适配，方形安装槽以及安装凸块主要用于将支撑台通过螺丝固定安装在铣床上，且安装位置更加精确，安装结构更加稳定，安装效果好。

7、优选地，所述焊件的个数有两个，两个所述焊件位于支撑台中心处，且两个所述焊件之间的焊缝中心位于圆形超声冲击孔与电阻加热块的连线上，保证对两个焊件的焊接更加精确。

8、优选地，所述夹持组件包括两个挡块条，两个所述挡块条通过第一螺丝固定设置在支撑台两侧上部，所述挡块条侧部开设有若干螺纹通孔，若干螺纹通孔等间距阵列分布，所述螺纹通孔内螺纹连接有第一螺杆，所述第一螺杆端部与焊件侧壁贴合，第一螺杆主要用于抵住两个焊件侧壁，实现将两个焊件完全抵住，且抵压更紧。

9、优选地，所述夹持组件还包括压板、压块以及t型螺杆，所述支撑台上端相对开设有t形槽，若干所述t型螺杆设置在t形槽内，所述压块中部开设有条形通孔，所述t型螺杆穿过所述条形通孔，所述t型螺杆端部螺纹连接有螺母，螺母主要用于固定压块，压块主要用于按压柱压板。

10、优选地，所述压块尾部开设有螺丝通孔，所述螺丝通孔内螺纹连接有第二螺丝，所述压板位于两个所述焊件正上方，所述压板上表面与压块端部下表面贴合，压板完全按压柱焊件，根据焊件的长度，通过调节t型螺杆在t形槽内的位置，最终实现不同长度的焊件都能固定牢靠，提高使用效果。

11、优选地，所述支撑台两侧内部设有若干支撑肋板，若干所述支撑肋板等间距阵列分布，支撑肋板主要用于增强支撑台的强度，提高支撑台的承载能力。

12、优选地，所述稳定圈条端部设有第二滑块，所述第二滑块与铣床配合使用，当稳定架横向滑动时，稳定圈条横向滑动，稳定圈条端部配合第二滑块在铣床上横向滑动。

13、优选地，方便超声冲击头在稳定架超声冲击孔内振动其超声冲击孔直径比超声冲击头的直径增大一个毫米，为了方便被焊的焊件跟随支撑台运动，在焊接开始前要在稳定架上表面与焊件接触部分涂敷高温润滑脂，对于焊件的轴向夹紧力由压块提供通过扭压块的尾部螺丝来调节对焊件的下压力大小，其侧向的顶紧力就由焊件侧边第一螺杆提供。

14、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

15、本发明中，在焊接过程中两个焊件的待焊位置先被电阻加热块加热降低其塑性变形的抗力，再利用超声波震动模块降低辅助加热带来的晶粒粗化问题，同时超声也可以进一步减小金属的变形抗力，促进焊缝根部金属的流动，从而达到提高焊接质量的目的。

16、本发明中，在焊接过程中来自搅拌头的轴向压力主要由焊件和支撑台承受，焊接时超声波震动模块和搅拌头是时刻保持同轴心的，超声振动的能量垂直于焊件施加在搅拌头正在搅拌的焊件部分内，施加超声振动能量的方式来细化晶粒和减小金属的流变应力，即利用辅助加热和超声振动的同时作用来增大焊缝底部热量，使底部金属流动性增强，并能抑制晶粒粗化，从而降低弱连接倾向，提高焊接质量。

技术特征：

1.一种底部超声振动及辅助加热的复合搅拌摩擦焊装置，包括设置在铣床上的装置本体，其特征在于：所述装置本体包括支撑台(15)，活动设置在支撑台(15)上的稳定组件，设置在稳定组件上的焊接组件，设置在支撑台(15)上的夹持组件，所述夹持组件主要用于夹持焊件(6)；

2.根据权利要求1所述的一种底部超声振动及辅助加热的复合搅拌摩擦焊装置，其特征在于：所述支撑台(15)底部相对开始有方形安装槽，所述铣床上相对设有安装凸块，且安装凸块与方形安装槽相互适配。

3.根据权利要求1所述的一种底部超声振动及辅助加热的复合搅拌摩擦焊装置，其特征在于：所述焊件(6)的个数有两个，两个所述焊件(6)位于支撑台(15)中心处，且两个所述焊件(6)之间的焊缝中心位于圆形超声冲击孔与电阻加热块(10)的连线上。

4.根据权利要求1所述的一种底部超声振动及辅助加热的复合搅拌摩擦焊装置，其特征在于：所述夹持组件包括两个挡块条(4)，两个所述挡块条(4)通过第一螺丝(3)固定设置在支撑台(15)两侧上部，所述挡块条(4)侧部开设有若干螺纹通孔，若干螺纹通孔等间距阵列分布，所述螺纹通孔内螺纹连接有第一螺杆(5)，所述第一螺杆(5)端部与焊件(6)侧壁贴合。

5.根据权利要求4所述的一种底部超声振动及辅助加热的复合搅拌摩擦焊装置，其特征在于：所述夹持组件还包括压板(2)、压块(7)以及t型螺杆(19)，所述支撑台(15)上端相对开设有t形槽，若干所述t型螺杆(19)设置在t形槽内，所述压块(7)中部开设有条形通孔，所述t型螺杆(19)穿过所述条形通孔，所述t型螺杆(19)端部螺纹连接有螺母(9)。

6.根据权利要求5所述的一种底部超声振动及辅助加热的复合搅拌摩擦焊装置，其特征在于：所述压块(7)尾部开设有螺丝通孔，所述螺丝通孔内螺纹连接有第二螺丝(8)，所述压板(2)位于两个所述焊件(6)正上方，所述压板(2)上表面与压块(7)端部下表面贴合。

7.根据权利要求1所述的一种底部超声振动及辅助加热的复合搅拌摩擦焊装置，其特征在于：所述支撑台(15)两侧内部设有若干支撑肋板，若干所述支撑肋板等间距阵列分布。

8.根据权利要求1所述的一种底部超声振动及辅助加热的复合搅拌摩擦焊装置，其特征在于：所述稳定圈条(1403)端部设有第二滑块(16)，所述第二滑块(16)与铣床配合使用。

技术总结
本发明公开了一种底部超声振动及辅助加热的复合搅拌摩擦焊装置，涉及焊接技术领域，本发明包括支撑台，活动设置在支撑台上的稳定架，设置在稳定组件上的焊接组件，设置在支撑台上的夹持组件，稳定架在支撑台上横向滑动；焊接组件包括支撑套筒、超声波震动模块、电阻加热块、陶瓷隔热环以及搅拌头，稳定底板上开设有圆形安装槽，支撑套筒通过螺丝安装在圆形安装槽内，超声波震动模块通过螺丝安装在支撑套筒内，稳定立板上部开设有圆形超声冲击孔以及矩形安装槽，陶瓷隔热环安装在矩形安装槽内，电阻加热块设置在陶瓷隔热环中部，搅拌头位于陶瓷隔热环正上方。本发明为一种底部超声振动及辅助加热的复合搅拌摩擦焊装置，焊接效果好。

技术研发人员：毛育青,张继元,王金锴,张文妍
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：20220905
技术公布日：2024/1/11