[发明专利]一种自持式静止轴肩搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法

说明书

本发明涉及一种自持式静止轴肩搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法，其解决了中空型材组配的待焊箱型结构需要双面搅拌摩擦焊接的技术问题，其设有搅拌针，搅拌针的上段通过上位键与夹持柄配合，夹持柄与上轴肩通过上推力轴承连接，搅拌针中段攻有第一细牙螺纹连接两个限位螺母，两个限位螺母分别通过两个中部推力轴承连接两个中部轴肩，搅拌针的下段依次与下轴肩和下推力轴承配合，下推力轴承的底端接触法兰螺母，法兰螺母通过搅拌针下段的第二细牙螺纹与搅拌针配合。本发明结构简单可靠，安装拆卸方便，轴肩距可调，能适应不同中空型材的焊接，具备良好的工艺性与通用性，焊接过程中搅拌针旋转轴肩不旋转，显著降低了焊接热输入，提高了焊缝力学性能。

技术领域

本发明涉及焊接装置技术领域，具体地说是一种自持式静止轴肩搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种新型固相焊接技术，能够避免在焊接过程中产生气孔、热裂纹、夹渣等缺陷，也能避免合金元素烧损，因此在铝、镁等有色金属的焊接领域具有广泛的应用前景。搅拌摩擦焊接过程中，搅拌头旋转并插入到待焊工件中，以一定的压力与待焊工件保持接触，导致焊接过程中有较大的下压力施加在待焊工件上。因此，在搅拌摩擦焊时，需要在待焊工件的背部安放支撑。

目前，轨道列车制造行业存在大量铝合金中空型材焊接需求。在搅拌摩擦焊接中空型材组配的待焊箱型结构时，安放背部支撑难度极大，即使能够安放支撑，工装的加工也比较困难，支撑的取放也费时费力，成本高昂。同时，当支撑刚性不足，焊缝会出现沟槽、隧道、孔洞等缺陷。针对上述问题，目前在工业生产中主要采用双轴肩搅拌摩擦焊方法对铝合金中空型材对接组配的待焊箱型结构上侧与下侧的接缝进行分别焊接来完成中空型材的连接。然而两次焊接导致生产周期长，严重影响了生产效率，限制了搅拌摩擦焊技术在中空型材焊接领域的进一步应用。

为实现同时对中空型材组配的待焊箱型结构的上、下接缝进行焊接，专利(201520196724.8)提出一种组合式双轴肩搅拌摩擦焊头，由上轴肩、第一搅拌针、承载式上下轴肩、第二搅拌针和下轴肩依次通过螺纹连接组成。这种设计存在以下几个问题：(1)使用两个搅拌针，焊头安装复杂，并难以实现较高的同轴度，进而导致焊接过程载荷波动剧烈，搅拌针容易断裂。(2)焊头通用性较差，需要更换承载式上下轴肩才能实现对内腔高度不同的中空型材的焊接。(3)焊接过程中上轴肩、承载式上下轴肩和下轴肩同时转动，需要电机功率大，焊接扭矩大，搅拌针容易断裂、使用寿命短；并且焊接热输入高，导致焊缝金属晶粒粗化、沉淀相溶解，接头力学性能降低。(4)搅拌针通过端部的螺纹拧进轴肩的螺纹孔内实现固定，这种固定方式导致搅拌针折断后，折断的部分卡在螺纹孔内无法取出，造成轴肩报废，使用成本高。

发明内容

本发明就是针对现有技术的不足，提供了一种适用于中空型材焊接的自持式静止轴肩搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法；且本发明可根据中空型材的高度调节轴肩间距，具备良好的工艺性与通用性；焊接过程中各个轴肩均不旋转，热输入与焊接扭矩较低，焊接工艺稳定可靠，特别适用于高铁铝合金车体中空型材长直对接接缝的焊接。

为此，本发明提供了一种适用于中空型材焊接的自持式静止轴肩搅拌摩擦焊接装置，其设有搅拌针，搅拌针为台阶轴，搅拌针的上段直径和下段直径相同，搅拌针的中段直径大于搅拌针的上段直径和下段直径，搅拌针的上段通过上位键与夹持柄配合，夹持柄通过上推力轴承连接上轴肩，上推力轴承设有上推力轴承紧环和上推力轴承松环，上推力轴承紧环的内径小于上推力轴承松环的内径，夹持柄的底端设有凸台，上推力轴承紧环的内径与凸台配合，上轴肩的上端沿轴线设有第一沉孔，上推力轴承松环的外径与第一沉孔配合，搅拌针的中段攻有第一细牙螺纹，与第一限位螺母和第二限位螺母配合，第一限位螺母通过第一中部推力轴承连接第一中部轴肩，第二限位螺母通过第二中部推力轴承连接第二中部轴肩，搅拌针的下段依次与下轴肩和下推力轴承配合，下推力轴承的底端接触法兰螺母，法兰螺母通过搅拌针下段的第二细牙螺纹与搅拌针配合。

优选地，上轴肩的上方连接上罩，上罩沿轴线设有上罩通孔和上罩沉孔，上罩沉孔与夹持柄下端的凸缘相配合。