线性摩擦焊接过程中飞边变形控制装置及方法

摘要

本发明涉及线性摩擦焊接过程中飞边变形控制装置及方法。该装置包括焊接夹具和限制挡块，所述焊接夹具用于安装焊接零件，所述限制挡块对称设在所述焊接零件的外周，所述限制挡块与所述焊接零件的焊接头之间留有间隙，在所述焊接零件与被焊接件线性摩擦焊接过程中，所述限制挡块用于阻挡限制飞边的走向及形状，不致使飞边干涉相邻焊接部位。通过在焊接零件的外周设置限制挡块，能够有效解决飞边干涉相邻焊接部位的问题，保证了焊接零件与被焊接件的顺利焊接过程，显著提高了焊接效率。

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种线性摩擦焊接过程中飞边变形控制装置及方法。

背景技术

线性摩擦焊接(Linear Friction Welding)是近年来得到快速发展的一种焊接方法，主要应用于发动机整体叶盘和飞机框梁类零件的制造，其焊接原理见图1。第一焊件1在垂直方向上以一定频率和振幅实现线性振动；第二焊件2在水平方向顶锻力的作用下和振动的第一焊件1的端面接触，在接触面上发生高频摩擦产生热量，随着温度升高，接触面材料发生软化并被挤出，当挤出达到一定程度时，快速停止振动，并施加水平方向的顶锻力，将两个工件连接为一体，完成焊接过程。

实践中，两个焊件连接为一体后，从接触面的上下左右四个方向被挤出的材料称之为飞边，会影响焊接质量和效率。例如，在长度较大的长梁上需要依次焊接多个零件时，当第一个零件焊接到长梁上后，焊接接触面上被挤出的材料形成飞边，飞边会干涉相邻的焊接位置，使后续焊接无法进行，焊接过程被迫中断，需要将整体焊接零件从焊接设备上拆卸下来，转移到铣削设备上加工去除干涉的飞边，然后再安装到焊接设备上继续焊接。这种制造工艺加工周期长，效率较低。

因此，发明人发明了一种线性摩擦焊接过程中飞边变形控制装置及方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种线性摩擦焊接过程中飞边变形控制装置及方法，通过在焊接零件的外周设置限制挡块，能够有效解决飞边干涉相邻焊接部位的问题。

第一方面，本发明的实施例提出了一种线性摩擦焊接过程中飞边变形控制装置，该装置包括焊接夹具和限制挡块，所述焊接夹具用于安装焊接零件，所述限制挡块对称设在所述焊接零件的外周，所述限制挡块与所述焊接零件的焊接头之间留有间隙，在所述焊接零件与被焊接件线性摩擦焊接过程中，所述限制挡块用于阻挡限制飞边的走向及形状，不致使飞边干涉相邻焊接部位。

优选地，所述被焊接件为长梁结构，所述焊接零件为块状结构，在所述被焊接件的一侧依次设有多个焊接凸台，所述焊接凸台用于与所述焊接零件对应焊接。

优选地，所述限制挡块采用高温合金材质。

优选地，所述限制挡块的伸出端面为具有预定倾斜角度的限制面，使所述限制挡块的宽度向伸出端面方向渐缩。

优选地，所述限制挡块与所述焊接夹具的端面一体成型。

优选地，所述限制挡块通过紧固件可拆卸的安装在所述焊接夹具的端面。

优选地，所述限制挡块的限制面为倾斜30°～60°的倾斜平面。

优选地，所述限制挡块的限制面为凹弧面，所述凹弧面的半径为10mm～60mm。

优选地，2个所述限制挡块对称设在所述焊接零件外周的左右两侧。

第二方面，本发明的实施例提供了线性摩擦焊接过程中飞边变形控制方法，采用第一方面的装置，所述方法包括：

将焊接零件安装在焊接夹具中，在所述焊接夹具的端面对称设置限制挡块，使所述限制挡块设在所述焊接零件的外周，且使所述限制挡块与所述焊接零件的焊接头之间留有间隙；

驱动焊接夹具使所述焊接零件在垂直方向上振动，所述被焊接件在水平方向顶锻力的作用下与振动的焊接零件接触，两者进行线性摩擦焊接，在焊接过程中，焊接部位产生的飞边由所述限制挡块限制，不致使飞边干涉相邻焊接部位。

综上，本发明的线性摩擦焊接过程中飞边变形控制装置机方法，通过在焊接零件的外周设置限制挡块，并且在限制挡块与焊接零件的焊接头之间留有间隙，当焊接零件与被焊接件进行线性摩擦焊接时，摩擦面挤出的材料能够被限制挡块挡在该间隙中，从而限制焊接过程中飞边的走向和形状，使飞边不会干涉相邻焊接部位。保证了焊接零件与被焊接件的顺利焊接过程，不会在焊接过程中因飞边干涉问题中断焊接而去除飞边后再进行焊接，显著提高了焊接效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的线性摩擦焊接原理示意图。

图2是焊接飞边示意图。

图3是本发明实施例的一种线性摩擦焊接过程中飞边变形控制装置结构示意图。

图4是本发明实施例的一种线性摩擦焊接过程中飞边变形控制方法应用场景示意图。

图5是采用本发明实施例的方法焊接完成的结构示意图。

图中：

1-第一焊件；2-第二焊件；3-焊接夹具；4-限制挡块；5-述焊接零件；6-被焊接件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图2所示，在线性摩擦焊接某些结构的零件时，被焊接件是长度较大的长梁结构，焊接零件是长方体的块状结构，需要在长梁结构的被焊接件上依次焊接多个块状结构的焊接零件。实际焊接时，每次只能焊接一个块状结构的焊接零件到长梁的焊接凸台上，需要经过多次焊接操作才能完成。操作中，当焊接零件焊接到长梁结构上后，接触面上被挤出的材料形成飞边。由于相邻的焊接凸台位置距离较近，飞边挡住了相邻的焊接凸台，使后续焊接无法进行，焊接过程被迫中断，需要将焊接零件从焊接设备上拆卸下来，转移到铣削设备上加工去除和凸台干涉的飞边，然后再安装到焊接设备上继续焊接。这种制造工艺加工周期长，效率较低。

线性摩擦焊接的飞边包括上下左右的四处飞边，通常上飞边、下飞边尺寸较小，不会遮挡相邻焊接凸台，对焊接无影响。而左飞边、右飞边的尺寸较大，会遮挡相邻焊接凸台，影响焊接过程。本方案主要针对左右飞边的变形控制。

第一方面，本发明提供了一种线性摩擦焊接过程中飞边变形控制装置。如图3所示，该装置包括了焊接夹具3和限制挡块4，所述焊接夹具3用于安装焊接零件5，所述限制挡块4对称设在所述焊接零件5的外周，所述限制挡块4与所述焊接零件5的焊接头之间留有间隙，在所述焊接零件5与被焊接件6线性摩擦焊接过程中，所述限制挡块4用于阻挡限制飞边的走向及形状，不致使飞边干涉相邻焊接部位。

具体地，2个限制挡块4对称设在焊接零件5外周的左右两侧。限制挡块4采用高温合金材质，例如可以采用GH4169。被焊接件6为长梁结构，焊接零件5为块状结构，在被焊接件6的一侧依次设有多个焊接凸台，焊接凸台用于与焊接零件5对应焊接。

进一步地，限制挡块4的伸出端面为具有预定倾斜角度的限制面，使限制挡块4的宽度向伸出端面方向渐缩。限制挡块4的限制面为倾斜30°～60°的倾斜平面。

或者，作为另一种实施方案，限制挡块4的限制面为凹弧面，凹弧面的半径为10mm～60mm。

作为一种优选实施方式，限制挡块4与焊接夹具3的端面一体成型。

作为另一种优选实施方式，限制挡块4通过紧固件可拆卸的安装在焊接夹具3的端面。

焊接过程中，飞边向外侧延伸，在限制挡块4的倾斜平面或凹弧面的限制下，飞边无法自由延伸，被改变了伸展方向，最终形变形后的弯曲形状，不会对相邻的焊机部位产生干涉问题。

第二方面，提供了一种线性摩擦焊接过程中飞边变形控制方法，采用第一方面的装置，参照图4所示，本发明的方法包括：

将焊接零件安装在焊接夹具中，在所述焊接夹具的端面对称设置限制挡块，使所述限制挡块设在所述焊接零件的外周，且使所述限制挡块与所述焊接零件的焊接头之间留有间隙；驱动焊接夹具使所述焊接零件在垂直方向上振动，所述被焊接件在水平方向顶锻力的作用下与振动的焊接零件接触，两者进行线性摩擦焊接，在焊接过程中，焊接部位产生的飞边由所述限制挡块限制，不致使飞边干涉相邻焊接部位。

具体实施中的焊接工艺过程如下：

(1)将焊接零件5安装在焊接夹具3中，在焊接夹具3的端面安装限制挡块4，或者使用限制挡块4和焊接夹具3一体化的夹具来安装焊接零件5。

(2)将所有焊接零件5分为两批，第一批焊接时，先焊接一个长方体的块状焊接零件，以后全部间隔一个焊接凸台再焊接一个焊接零件，焊接后的零件见图4所示，焊接飞边因限制挡块4而改变方向，不再遮挡临近凸台。

(3)第二批焊接时，将长方体的焊接零件安装在不具有限制挡块的焊接夹具中，将其依次焊接在被焊接件长梁的剩余焊接凸台上，焊接飞边自由延伸，仅在最后阶段会和临近飞边接触，发生较小的变形，不影响焊接正常进行。

需要说明的是，在不间断的一次性完成所有焊接零件与被焊接间的线性摩擦焊接后，形成如图5所示的整体结构体，将整体焊接结构从焊接设备上取下，再转移到铣削设备上机加工去除焊接的飞边，完成结构体的最终状态。和常规线性摩擦焊接相比，飞边变形控制方法可在焊接设备上一次装夹后完成所有焊接工作，减化了工艺过程，显著提高焊接效率。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见装置实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。