[发明专利]焊接不锈钢管环形焊缝的搅拌摩擦焊接装置及焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料加工领域，尤其涉及焊接不锈钢管环形焊缝的搅拌摩擦焊接装置及焊接方法。

背景技术

搅拌摩擦焊（FSW）自1991年TWI发明以来得到了广泛的研究及应用，特别是在低熔点易氧化的铝、镁及合金焊接方面优势明显，并在铜、钛、复合材料及异种材料的焊接领域得到广泛研究与推广应用。

为了能够焊接不锈钢管道之间的环形焊缝，随着近年来相关技术的发展，以各种高硬度合金材料和多晶立方碳化硼PCBN为材料作为搅拌针的焊接技术得到了快速发展。但是在焊接时产生了如下问题：（1）搅拌头的磨损严重；（2）热影响区产生很小的冶金学改变；（3）搅拌头与管道不能进行垂直焊接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种搅拌针与管道垂直焊接的焊接不锈钢管环形焊缝的搅拌摩擦焊接装置。

本发明的另一目的在于提供焊接不锈钢管环形焊缝的搅拌摩擦焊接方法。

未解决上述技术问题本发明提供一种焊接不锈钢管环形焊缝的搅拌摩擦焊接装置，包括用于支撑和固定钢管的工作台、轴肩、搅拌针、用于固定搅拌针的第一固定装置、连接框架、丝杠升降机、轴、齿轮、驱动装置和齿轮轨道，所述工作台设置在两个齿轮轨道中间位置，轴肩设置在工作台上方，搅拌针穿过轴肩中心位置设置在第一固定装置上，第一固定装置设置在连接框架上，连接框架上方设有丝杠升降机，丝杠升降机设置在轴的中心位置，轴的两端对称设置在齿轮中心位置处，齿轮上设有驱动装置，齿轮设置在齿轮轨道上，齿轮轨道为圆形轨道。

为了更好的支撑住钢管，所述工作台包括对称设置的两个主体和两个支撑装置，所述支撑装置包括支座和胀紧装置，所述支座设置在主体上，所述胀紧装置包括第一垫块和第一气缸，第一垫块设置在支座上，第一气缸设置在主体上，第一垫块与第一气缸相连接。

为了更好的固定住钢管，所述工作台还包括对称设置的两个第二固定装置，所述第二固定装置包括半圆形锯齿环、第二气缸和第二垫块，半圆形锯齿环一端铰接在工作台主体上，半圆形锯齿环另一端卡接在工作台主体上，第二气缸设置在半圆形锯齿环上，第二垫块设置在半圆形锯齿环内部，第二垫块与第二气缸相连接。

为了更好的保护搅拌针，所述轴肩的底部为平面状。

为了更好的保护搅拌针，所述第一固定装置通过第一弹性滑块与连接框架弹性连接。

为了更好的固定住搅拌针和轴肩，所述第一固定装置包括固定主体、第三气缸和一组半圆形卡环，所述固定主体设置在连接框架上，固定主体上设有凹槽，凹槽两侧设有一组半圆形卡环，所述轴肩设置在凹槽内，卡环用于将搅拌针通过轴肩固定在第一固定装置上，第三气缸设置在固定主体上，第三气缸与卡环相连接。

为了减少搅拌针的压力防止搅拌针崩断，所述连接框架两侧对称的设有支撑杆，支撑杆通过第二弹性滑块与连接框架弹性连接，支撑杆底端设有两个滚轮，两个滚轮之间设有间隙，滚轮可以绕钢管滚动。

为了找准焊缝，所述连接框架正面设有用于找准焊缝的红外对准装置。

本发明还提供了采用所述的焊接不休钢管环形焊缝的搅拌摩擦焊接装置的焊接方法，焊接步骤如下：

（1）先将搅拌针安装在轴肩上，再将轴肩安装在第一固定装置上，启动第三气缸，第三气缸驱动半圆形卡环卡紧轴肩；

（2）在焊接前先将待焊不锈钢管安装在工作台上，具体的为先将第二固定装置的半圆形锯齿环从卡接位置处打开，将待焊不锈钢管置于工作台的支撑装置上，通过红外对准装置找准焊缝，根据焊缝位置来调节钢管位置使焊缝位于搅拌针的正下方，闭合第二固定装置的半圆形锯齿环并卡接住，启动第二气缸，第二气缸驱动第二垫块将钢管向下压，启动第一气缸，第一气缸驱动第一垫块将钢管向上顶，这样钢管焊缝两端就都通过工作台固定住；

（3）启动驱动装置，搅拌针进入焊缝，齿轮开始绕齿轮轨道运动，从而带动齿轮间的轴做圆周运动，轴带动丝杠升降机做圆周运动，丝杠升降机带动连接框架做圆周运动，连接框架带动第一固定装置和支撑杆做圆周运动，第一固定装置带动轴肩和搅拌针做圆周运动，从而搅拌针能绕钢管做圆周运动；

（4）调节旋转速度，从而调节焊接速度，待焊完一圈后，焊接结束。