[發(fā)明專利]一種適合于小直徑工件摩擦焊接的主軸機(jī)構(gòu)、焊接裝置及方法

在審

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• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115383281A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾凡勇;肖志威;曹平;鄭秀華;鄭佳輝;張濤;陳洪
• 申請（專利權(quán)）人: 中國核工業(yè)第二二建設(shè)有限公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26;B23K20/24
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 高陽

一種適合于小直徑工件摩擦焊接的主軸機(jī)構(gòu)、焊接裝置及方法，包括機(jī)座、滑臺機(jī)構(gòu)、頂推機(jī)構(gòu)、主軸箱，以及主軸機(jī)構(gòu)；主軸機(jī)構(gòu)包括管狀的主軸腔體，主軸位于主軸腔體的內(nèi)部并與主軸腔體軸承連接，主軸的前端部與錐套連接，錐套內(nèi)滑動的安裝有與之相配合的彈性夾頭，彈性夾頭遠(yuǎn)離主軸的一端安裝有夾具，所述彈性夾頭靠主軸的一端與安裝在主軸內(nèi)的拉管連接，拉管與回轉(zhuǎn)油缸的伸縮桿連接，所述回轉(zhuǎn)油缸與主軸驅(qū)動輪連接固定，拉管內(nèi)安裝有頂桿。通過上述結(jié)構(gòu)，主軸機(jī)構(gòu)能夠夾持套管和定位待焊工件，對摩擦焊設(shè)備旋轉(zhuǎn)主軸要求降低，套管防止待焊工件顫動，并能夠使待焊工件與待焊鋼板之間均勻升溫，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，提高工件與鋼板之間焊接的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及摩擦焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適合于小直徑工件摩擦焊接裝的主軸機(jī)構(gòu)、焊接裝置及方法。

背景技術(shù)

核電建造過程涉及到大量T接結(jié)構(gòu)的鋼筋預(yù)埋件，若采用摩擦焊接的方式進(jìn)行焊接，不僅焊接效率高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定，且焊接過程無煙無塵、綠色環(huán)保，因此摩擦焊技術(shù)在核電鋼筋預(yù)埋件焊接中具有巨大的應(yīng)用潛力，同時(shí)在其他建筑領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。

然對于小直徑（直徑不大于φ16mm）鋼筋而言，采用摩擦焊接技術(shù)容易存在以下問題：

1、小直徑鋼筋橫截面積較小，需要設(shè)置更高的轉(zhuǎn)速進(jìn)行摩擦產(chǎn)熱，對摩擦焊設(shè)備旋轉(zhuǎn)主軸電機(jī)要求更高；

2、鋼筋、鋼板截面積相差較大，鋼筋鋼板T接摩擦焊接過程散熱不均勻，鋼板側(cè)散熱塊，鋼筋散熱慢，接縫處容易產(chǎn)生缺陷；

3、焊接過程小直徑鋼筋很容易產(chǎn)生自磨損，與鋼板有效的焊合面積較小且存在極限值，因此會降低接頭力學(xué)性能，尤其是拉伸力學(xué)性能；

4、同等鋼筋伸出量的情況下，小直徑鋼筋剛性較低，一級摩擦階段極易發(fā)生顫動，影響焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性；

5、為了獲得更大的焊合面積，需增大鋼筋伸出量，隨著鋼筋自由端伸出量的增加，焊接過程的顫動更加嚴(yán)重，鋼筋焊接變形增加，甚至直接發(fā)生撓曲變形，影響正常焊接。

以上問題阻礙了小直徑工件摩擦焊接的實(shí)際推廣應(yīng)用。現(xiàn)有技術(shù)中，主要采用焊前預(yù)熱或改變接頭形式的方式，以解決摩擦焊工件截面相差較大和提高焊接質(zhì)量的問題，預(yù)熱方式包括電阻加熱、摩擦預(yù)熱、火焰加熱等。電阻加熱對于一板多筋的接頭容易造成電流分流，且增加設(shè)備制造難度，摩擦預(yù)熱和火焰加熱會增加了焊接時(shí)間，降低了生產(chǎn)效率；通過改變接頭形狀（如鋼筋和鋼板采用錐頭和錐孔配合）對于小直徑鋼筋的剛性問題并無解決。因此，有必要研究一種適合于小直徑工件摩擦焊接的主軸機(jī)構(gòu)、焊接裝置和方法，提升焊接質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：解決上述背景技術(shù)中存在的問題，提供一種適合于小直徑工件摩擦焊接的主軸機(jī)構(gòu)，主軸機(jī)構(gòu)能夠夾持套管和定位待焊工件，增加與鋼板的接觸面積，對摩擦焊設(shè)備旋轉(zhuǎn)主軸要求降低，套管防止待焊工件顫動，并能夠使待焊工件與待焊鋼板之間均勻升溫，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，提高工件與鋼板之間焊接的力學(xué)性能。

本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是：提供一種采用上述主軸機(jī)構(gòu)的焊接裝置，通過該裝置，能夠?qū)π≈睆戒摻钸M(jìn)行批量焊接，焊接工件的接頭力學(xué)性能好，焊接后的小直徑鋼筋不彎曲變形，焊接質(zhì)量高。

本發(fā)明還要解決的一個(gè)技術(shù)問題是：提供一種采用上述焊接裝置進(jìn)行焊接的方法，通過該方法實(shí)現(xiàn)小直徑鋼筋與鋼板的摩擦焊接。

為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)特征，本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種適合于小直徑工件摩擦焊接的主軸機(jī)構(gòu)，所述主軸機(jī)構(gòu)包括管狀的主軸腔體，主軸腔體的內(nèi)部轉(zhuǎn)動的安裝有主軸，所述主軸的前端部與錐套連接，后端與主軸驅(qū)動輪連接，錐套內(nèi)滑動的安裝有與之相配合的彈性夾頭，彈性夾頭遠(yuǎn)離主軸的一端安裝有夾具，彈性夾頭靠主軸的一端與安裝在主軸內(nèi)的拉管連接，拉管與回轉(zhuǎn)油缸的伸縮桿連接，回轉(zhuǎn)油缸與主軸驅(qū)動輪連接固定，拉管內(nèi)安裝有頂桿；使用狀態(tài)下，回轉(zhuǎn)油缸的伸縮桿回縮使彈性夾頭收縮，從而使夾具夾緊套管和待焊工件，待焊工件位于套管內(nèi)并與頂桿抵靠。