[實用新型]超聲振動輔助攪拌摩擦焊裝置

有效

• 申請號: 201220342406.4
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN202726313U
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 武傳松;劉小超;張皓庭
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23K20/26
• 分類號: B23K20/26;B23K20/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊琪

技術領域

本實用新型涉及一種超聲振動輔助攪拌摩擦焊裝置。?

背景技術

攪拌摩擦焊（Friction?stir?welding簡稱FSW）是1991年英國焊接研究所發明的一項固相連接技術，具有焊接變形小、焊接質量高和綠色無污染等優點，被稱為“21世紀最具革命性的連接技術”。但是由于焊接過程中，攪拌頭受到巨大的軸向下壓力和水平剪切力，其焊接速度受限，攪拌頭磨損嚴重，對攪拌摩擦焊設備和工裝卡具也提出了很高的要求。國內外學者通過采用移動式感應線圈、電阻熱、激光能或等離子弧做等附加輔助熱源的方法來改善焊接環境，但是他們具有適用范圍窄、效率低或者可使用工藝參數少等缺點。?

超聲波是聲波的一種，具有頻率高、穿透能力強等特點。實驗證明，當超聲施加于材料時，會改變材料的本構關系，降低其變形抗力，因此有人提出通過在攪拌摩擦焊的過程中復合超聲來改善焊接環境，從而可以提高焊接速度和焊接質量。中國專利CN?1836820A公開了一種金屬的焊接方法和裝置，將軸向振動或扭振的超聲振動引入攪拌摩擦焊接過程，用高頻機械振動能量驅動高速轉動中的攪拌摩擦焊頭作高頻振動，攪拌頭將振動能傳給焊接區塑性金屬，用超聲振動與摩擦攪拌復合作用的方法形成焊縫組織實現金屬的焊接。其主要技術特征是把攪拌針和超聲的換能器變幅桿連為一體將超聲振動的能量導入到焊縫深層，以期改善常規攪拌摩擦焊形成的上高下低的“漏斗狀”溫度場造成的焊縫底部材料塑性流動性差，焊接質量低的缺點，用超聲振動與摩擦攪拌復合作用的方法形成焊縫組織實現金屬的焊接。但是這種設計，焊接時的下壓力嚴重阻礙攪拌針的超聲振動，并且對原有的攪拌摩擦焊機設備改動較大，系統制作復雜，而且超聲振動系統要與攪拌針達到諧振狀態，因此對于不同厚度工件，更換攪拌針的同時需要更換與其相匹配的超聲振動系統，適應性差。?

發明內容

本實用新型的目的是提供一種超聲振動輔助攪拌摩擦焊裝置，在不改動原有設備的前提下，通過輔助裝置直接將超聲振動施加在攪拌針周圍的待焊工件上，利用超聲振動來降低材料的變形抗力，從而達到提高焊接速度，改善焊接質量。?

本實用新型采取的技術方案為：?

超聲振動輔助攪拌摩擦焊裝置，包括帶攪拌頭的攪拌摩擦焊機、超聲波發生器、換能器、?變幅桿、工具頭，后三者組成振動單元，超聲波發生器通過信號傳輸線連接振動單元，換能器與變幅桿相連，變幅桿再連著工具頭，二者均通過雙頭螺柱連接，工具頭的超聲振動導入點在攪拌頭前方的待焊接區域，振動單元通過定位卡具與攪拌摩擦焊機固定。?

所述的定位卡具具有多種形式，其功能是將振動單元固定并具有足夠的穩定性，固定好之后可以保證工具頭緊壓在攪拌針周圍的待焊工件上。其中一種定位卡具結構如下：包括長方體框架、連接片、圓柱夾具，長方體框架包括前夾板、后夾板，前夾板、后夾板之間為攪拌摩擦焊機上部擋板，前、后兩個夾板通過特型雙頭螺柱與攪拌摩擦焊機上部擋板緊密配合（面接觸），前夾板中間偏上位置安裝一個齒輪軸，前夾板前面掛一連接片，連接片上有帶齒條的槽和定位槽，齒輪軸與連接片上帶齒條的槽形成齒輪齒條配合，圓柱夾具與連接片焊接成一體，所述的連接片通過穿過定位槽和前擋板的緊固螺栓固定。?

定位卡具亦可采用上述長方體框架與絲杠組合的方式，即用絲杠來替代連接片實現上下調節的功能。?

定位卡具亦可在擋板上方沿焊接方向水平固定一導軌，導軌上有滑塊，滑塊再與豎直的絲杠組合，實現各個方向的調節。?

定位卡具亦可將上述的絲杠改成齒輪齒條機構。?

所述的工具頭與水平面呈30°-70°夾角，可在定位卡具中增加一活動鉸鏈機構來調整角度，也可以換用不同的連接片或者絲杠來改變夾角。?

所述的換能器采用壓電型超聲換能器，工具頭采用工具鋼、鈦合金、硬質合金等既耐磨耐熱又具有一定強度的材料，端面制成球面。?