攪拌摩擦焊接工裝夾具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及焊接夾具技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種攪拌摩擦焊接工裝夾具。
【背景技術(shù)】
[0002]攪拌摩擦焊接(Frict1n Stir welding，簡稱FSW)，是英國焊接研究所(TheWelding Institute)于1991年期間發(fā)明的新型焊接技術(shù)。其原理是:利用摩擦熱作為焊接熱源。焊接過程是攪拌工具(攪拌頭)插入工件的接縫處，攪拌頭在高速旋轉(zhuǎn)的同時受垂直于被焊材料的軸向力，當(dāng)攪拌頭與被焊材料之間發(fā)生劇烈摩擦并產(chǎn)生大量的熱，使攪拌摩擦區(qū)的材料發(fā)生劇烈塑性變形，然后隨著攪拌針的移動，劇烈塑性變形的材料流向攪拌針的后端，再在軸肩擠壓作用下形成高質(zhì)量、無缺陷焊縫。目前，該技術(shù)已在航空航天、軌道列車、船舶、電子工業(yè)等領(lǐng)域成熟應(yīng)用。
[0003]FSW與傳統(tǒng)熔焊相比，有著顯著的特點:焊前不需要對焊接位置開V型或U型坡口及復(fù)雜的焊前清理準備;焊接過程中不產(chǎn)生輻射、飛濺及危害氣體;焊接過程穩(wěn)定，焊后試件變形和殘余應(yīng)力小;焊接接頭性能優(yōu)良，焊縫內(nèi)不易產(chǎn)生裂紋、孔洞等缺陷。FSW另一個突出的優(yōu)點是:可焊接熔焊不易焊接的高強度鋁合金材料，如7XXX系列鋁合金。隨著FSW技術(shù)的不斷推廣，以及FSW技術(shù)優(yōu)勢，被焊材料逐漸呈現(xiàn)出多樣化，尤其是在焊接高熔點合金時，目前成為基礎(chǔ)和工程化應(yīng)用研究的熱點方向。然而，在焊接高熔點合金材料時，由于焊接過程產(chǎn)生大量的熱，嚴重影響了焊接接頭的質(zhì)量。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種能夠解決因焊接過程產(chǎn)生大量的熱影響焊接接頭質(zhì)量問題的攪拌摩擦焊接工裝夾具。
[0005]為達到上述目的，本實用新型提供了一種攪拌摩擦焊接工裝夾具，用于夾裝攪拌摩擦的被焊件，所述攪拌摩擦焊接工裝夾具包括工裝臺，所述工裝臺的上表面具有位于中央的焊接區(qū)域以及位于所述焊接區(qū)域橫向兩側(cè)的定位區(qū)域，兩所述定位區(qū)域上均設(shè)有用于固定被焊件的定位組件，所述焊接區(qū)域沿其縱向設(shè)有至少一條向下凹陷的介質(zhì)通道，所述介質(zhì)通道的兩端均與外部相連通，在所述介質(zhì)通道上覆設(shè)有用于支撐所述被焊件的蓋板，所述蓋板上開設(shè)有多個與所述介質(zhì)通道相連通的導(dǎo)流孔。
[0006]如上所述的攪拌摩擦焊接工裝夾具，其中，所述焊接區(qū)域沿縱向的中部嵌設(shè)有硬質(zhì)合金墊板，所述硬質(zhì)合金墊板與所述蓋板拼合成一體，且所述蓋板、所述硬質(zhì)合金墊板和所述工裝臺的上表面位于同一平面內(nèi)。
[0007]如上所述的攪拌摩擦焊接工裝夾具，其中，所述介質(zhì)通道呈直線型或者曲線型。
[0008]如上所述的攪拌摩擦焊接工裝夾具，其中，所述介質(zhì)通道內(nèi)設(shè)有加熱部件。
[0009]如上所述的攪拌摩擦焊接工裝夾具，其中，所述介質(zhì)通道的寬度為1.0mm-60mm，所述介質(zhì)通道的深度為1.0mm-60mm。
[0010]如上所述的攪拌摩擦焊接工裝夾具，其中，所述定位組件包括:壓緊機構(gòu)，所述壓緊機構(gòu)包括沿所述定位區(qū)域縱向間隔設(shè)置并能上下移動的多個壓塊，所述壓塊的一端延伸至所述焊接區(qū)域的上方，且在同一所述定位區(qū)域上各所述壓塊的延伸端抵壓有能壓緊于所述被焊件的壓條;夾緊機構(gòu)，所述夾緊機構(gòu)包括沿所述定位區(qū)域縱向間隔設(shè)置并能沿所述焊接區(qū)域的橫向移動頂?shù)钟谒霰缓讣亩鄠€頂塊。
[0011 ]如上所述的攪拌摩擦焊接工裝夾具，其中，所述壓塊沿其延伸方向的中部開設(shè)有連接孔，所述連接孔內(nèi)貫穿有壓緊螺釘，所述壓緊螺釘?shù)念^部直徑大于所述連接孔的孔徑，所述定位區(qū)域上設(shè)有多個定位螺紋孔，通過所述壓緊螺釘與所述定位螺紋孔的旋接配合，所述壓塊能上下移動的連接在所述定位區(qū)域上。
[0012]如上所述的攪拌摩擦焊接工裝夾具，其中，每一所述壓塊背向所述延伸端的一端貫穿有限位螺釘，所述定位區(qū)域上設(shè)有分別與各所述限位螺釘旋接配合的多個限位螺紋孔，通過所述限位螺釘與所述限位螺紋孔的旋接配合限制所述壓塊以所述壓緊螺釘為軸線轉(zhuǎn)動。
[0013]如上所述的攪拌摩擦焊接工裝夾具，其中，所述定位區(qū)域沿縱向設(shè)有多個間隔的定位通槽，每一所述定位通槽內(nèi)設(shè)有定位凸塊，每一所述定位凸塊朝向所述焊接區(qū)的側(cè)面設(shè)有一所述頂塊，所述定位凸塊上設(shè)有夾緊螺紋孔，所述夾緊螺紋孔旋接有夾緊螺釘，所述夾緊螺釘?shù)亩瞬宽數(shù)钟谒鲰攭K朝向所述定位凸塊的表面上，通過所述夾緊螺釘與所述夾緊螺紋孔的旋接配合，所述頂塊能沿所述焊接區(qū)域的橫向移動的連接在所述定位區(qū)域上。
[0014]如上所述的攪拌摩擦焊接工裝夾具，其中，兩所述定位區(qū)域上的所述頂塊的數(shù)量相等且對位設(shè)置。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點如下:
[0016]本實用新型提供的攪拌摩擦焊接工裝夾具，通過在工裝臺的焊接區(qū)域設(shè)置介質(zhì)通道，在焊接過程中，通過向介質(zhì)通道內(nèi)通入循環(huán)冷卻液并不斷充入惰性氣體，惰性氣體通過蓋板上的導(dǎo)流孔接觸到被焊件，利用惰性氣體將被焊件與周圍空氣隔離，避免了被焊件與空氣中某些氣體的化學(xué)反應(yīng)，從而提高了焊接接頭的質(zhì)量，同時利用冷卻液對被焊接材料進行實時冷卻，有效控制了焊接過程的溫度，進一步提高了焊接接頭的質(zhì)量，此外，嵌設(shè)在焊接區(qū)域中部的硬質(zhì)合金墊板具有耐高溫、化學(xué)活性低、高強度、高硬度、并具有一定的韌性的優(yōu)點，使得該硬質(zhì)合金墊板能夠承受焊接過程中的高溫和軸向壓力，在焊接過程中能夠為焊接部位提供足夠的背部支撐，且硬質(zhì)合金墊板不會與被焊材料發(fā)生冶金反應(yīng)，避免了被焊材料與硬質(zhì)合金墊板之間發(fā)生冶金連接，從而有效保證了焊接接頭的質(zhì)量。
【附圖說明】
[0017]以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。其中:
[0018]圖1是根據(jù)本實用新型一實施例提供的攪拌摩擦焊接工裝夾具夾裝攪拌摩擦的被焊件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是圖1所示的攪拌摩擦焊接工裝夾具去除一蓋板及壓緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是圖1所示的攪拌摩擦焊接工裝夾具去除壓緊機構(gòu)后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ] 附圖標號說明:
[0022]1-工裝臺；11-焊接區(qū)域；12-定位區(qū)域；121-定位螺紋孔；122-定位通槽；13-定位凸塊;2-定位組件;21-壓塊，211-連接孔;212-壓緊螺釘;213-限位螺釘;22-壓條;23-頂塊；231-夾緊螺釘;3-介質(zhì)通道;4-蓋板;41-導(dǎo)流孔;5-硬質(zhì)合金墊板;6-被焊件。
【具體實施方式】
[0023]為了對本實用新型的技術(shù)方案、目的和效果有更清楚的理解，現(xiàn)結(jié)合【附圖說明】本實用新型的【具體實施方式】。
[0024]如圖1所示，本實用新型提供了一種攪拌摩擦焊接工裝夾具，用于夾裝攪拌摩擦的被焊件6，攪拌摩擦焊接工裝夾具包括工裝臺I，工裝臺I的上表面具有位于中央的焊接區(qū)域11以及位于焊接區(qū)域11橫向兩側(cè)的定位區(qū)域12，兩定位區(qū)域12上均設(shè)有用于固定被焊件6的定位組件2，如圖2所示，焊接區(qū)域11沿其縱向設(shè)有至少一條向下凹陷的介質(zhì)通道3，介質(zhì)通道3的兩端均與外部相連通，如圖3所示，在介質(zhì)通道3上覆設(shè)有用于支撐被焊件6的蓋板4，蓋板4上開設(shè)有多個與介質(zhì)通道3相連通的導(dǎo)流孔41，在實際使用時，以焊接兩個被焊件6為例，通過定位組件2將兩被焊件6定位在工裝臺I上，并使被焊件6拼接形成的焊接縫位于焊接區(qū)域11內(nèi)，在焊接過程中，向介質(zhì)通道3內(nèi)通入循環(huán)冷卻液并不斷充入惰性氣體，惰性氣體通過蓋板4上的導(dǎo)流孔41接觸到被焊件6，利用惰性氣體將被焊件6與周圍空氣隔離，避免了被焊件6與空氣中某些氣體的化學(xué)反應(yīng)，從而提高了焊接接頭的質(zhì)量，同時利用冷卻液對被焊接材料進行實時冷卻，有效控制了焊接過程的溫度，進一步提高了焊接接頭的質(zhì)量。
[0025]具體的，介質(zhì)通道3的寬度為1.0mm-60mm，介質(zhì)通道3的深度為1.0mm-60mm，在加工介質(zhì)通道3時，可根據(jù)工裝臺I的強度以及實際使用需要設(shè)定介質(zhì)通道3的具體尺寸，只要滿足介質(zhì)通道3能夠通入循環(huán)冷卻液并不斷充入惰性氣體，以控制焊接過程的溫度，并將被焊件6與周圍空氣隔離即可。
[0026]為了避免摩擦頭損壞工裝臺I，同時避免被焊件6與工裝臺I粘接，現(xiàn)有技術(shù)通常使用鋼制墊板將工裝臺I與被焊件6隔開，由于焊接過程溫度較高，焊接過程墊板在高溫條件下必須具有足夠的強度和韌性，然而，常規(guī)鋼制墊板易出現(xiàn)支撐剛度不足或墊板與被焊材料粘結(jié)的現(xiàn)象。
[0027]為了解決鋼制墊板易出現(xiàn)支撐剛度不足或墊板與被焊材料粘結(jié)的問題，在本實用新型的一個優(yōu)選實施例中，如圖3所示，焊接區(qū)域11沿縱向的中部嵌設(shè)有硬質(zhì)合金墊板5，硬質(zhì)合金墊板5與蓋板4拼合成一體，且蓋板4、硬質(zhì)合金墊板5和工裝臺I的上表面位于同一平面內(nèi)，硬質(zhì)合金墊板5具有耐高溫、化學(xué)活性低、高強度、高硬度的優(yōu)點，并具有一定的韌性，能夠承受焊接過程中的高溫和軸向壓力，在焊接過程中能夠為焊接部位提供足夠的背部支撐，且硬質(zhì)合金墊板5不與被焊材料發(fā)生冶金反應(yīng)，避免了被焊材料與墊板之間發(fā)生冶金連接;而蓋板4、硬質(zhì)合金墊板5與工裝臺I的上表面位于同一平面內(nèi)，則保證了被焊件6定位的穩(wěn)定性，從而保證了焊接接頭的質(zhì)量。
[0028]進一步，如圖2所示，焊接區(qū)域11沿縱向間隔設(shè)有兩條向下凹陷的介質(zhì)通道3，硬質(zhì)合金墊板5置于兩蓋板4之間，且硬質(zhì)合金墊板5的中心線與焊接區(qū)域11的中心線相平行，在定位被焊件6時，只需將被焊件6拼接形成的焊接縫置于焊接區(qū)域11的中心線處，即可保證該焊接縫置于硬質(zhì)合金墊板5的上方，而兩條介質(zhì)通道3則保證了焊接過程中有足夠的冷卻液和惰性氣體以改善焊接材料的組成性能，從而保證了焊接接頭的質(zhì)量。<