1mm及以下厚度铝合金板材搅拌摩擦连接装置

摘要

一种1mm及以下厚度铝合金板材搅拌摩擦连接装置，其特征是两个支柱（2）安装在底座（1）上，在两个支柱（2）之间，底座（1）之上安装导轨（4），在两个支柱（2）上方装有横梁（3），横梁（3）上挂有主轴箱（5），主轴箱（5）下方装有搅拌头夹持部位（6），搅拌头夹持部位（6）下夹持搅拌头（17），导轨（4）可在底座（1）上前后移动，导轨（4）上装有带传感器的水平仪（7），在带传感器的水平仪（7）上方装有加热装置（8），加热装置上方放置工件，工件由可调节施压装置（9）施加压力夹紧固定。本发明结构简单，制造方便，能大大减小连接区宽度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械连接技术，尤其是一种摩擦焊接技术，具体地说是一种适合1mm及以下厚度的铝合金板材搅拌摩擦连接用的设备。

背景技术

对于搅拌摩擦连接技术来说，连接较厚或较薄的板材是一件不易之事。特别是1mm及以下板材的搅拌摩擦连接更是不易，其不易之处主要体现在以下两个部分：一是连接区宽度不易太大，太大连接区力学性能下降，一般控制在2mm以下，另一个问题是不易减薄太多，也不能连接不透底部，这些对1mm薄板来说直接关系到其使用性能。目前国内外还未出现这种搅拌摩擦连接设备，市场上有1mm板材搅拌摩擦连接，但连接区宽度一般均在10mm以上，这无疑不能够提供较好的连接区力学性能。因此，本发明基于上述原因，开发出一款适合1mm铝合金板材搅拌摩擦连接设备，其能很好的控制连接区的连接宽度在2mm，且板材均被连接透彻，力学性能得到很大提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有的铝合金薄板（≤1mm）焊接焊连接是存在的连接区宽度大（不小于10mm）的问题，设计一种1mm及以下厚度铝合金板材搅拌摩擦连接装置，它能保证连接区宽度控制在2mm以下，板材底部连接透彻。

本发明的技术方案：

一种1mm及以下厚度铝合金板材搅拌摩擦连接装置，其特征是它包括底座1、支柱2、横梁3、导轨4、主轴箱5、搅拌头夹持部位6、带传感器的水平仪7、加热装置8、可调节施压装置9、控制箱10、主线11、导轨连接导线12、主轴箱连接导线13、施压装置连接导线14、加热装置连接导线15、水平仪连接导线16和搅拌头17组成，其中支柱2两个；可调节施压装置9视工件尺寸定其个数，一般是成对出现，为2排、4排、6排……。每个可调施压装置9的压头也是视工件尺寸而定，最少为3个；两个支柱2安装在底座1上，在两个支柱2之间，底座1之上安装导轨4，在两个支柱2上方装有横梁3，横梁3上挂有主轴箱5，主轴箱5可随横梁3转动，转动角度为0~60°，主轴箱5下方装有搅拌头夹持部位6，搅拌头夹持部位6下夹持搅拌头17，导轨4可在底座1上前后移动，导轨4上装有带传感器的水平仪7，在带传感器的水平仪7上方装有加热装置8，加热装置上方放置工件，工件由可调节施压装置9施加压力夹紧固定，带传感器的水平仪7由水平仪连接导线16连接到主线11上，再通过主线11连接到控制器10上，同理，导轨4通过导轨连接导线12、主轴箱5通过主轴箱连接导线13、加热装置8通过加热装置连接导线15、可调节施压装置9通过施压装置连接导线14分别连接到主线11上，再由主线11连接到控制器10上对其控制。

所述的导轨4的每边安装有两个带传感器的水平仪7，当两个带传感器的水平仪7的数值相同时表示该边水平，只有8个带传感器的水平仪7的数值相同时才表示整个工件处在水平位置；由于加热装置8的加热导致其变形时，8个带传感器的水平仪7的数值不相同，此时，带传感器的水平仪7通过水平仪连接导线16和主线11将信息传送给控制器10，控制器10对数据进行处理，再将处理后的数据通过主线11和施压装置连接的导线14将信息传给可调节施压装置9，可调节施压装置9根据获得的信息调整各压头力的大小，从而使工件处于水平状态。

所述的搅拌头17结构与普通的搅拌头结构有所区别，为了保证1mm铝合金板材搅拌摩擦连接的表面形貌和力学性能，特将搅拌头设计成非垂直形状，即搅拌头17的轴肩部位17-1和搅拌针17-2均不垂直于夹持柄17-3；轴肩部位17-1和搅拌针17-2的轴心线与夹持柄17-3之间有一个夹角a，a的取值范围为10~20°，具体a值选择根据连接材料而定。

所述的搅拌头17的转速为15000~20000rpm，搅拌头17连接时的水平移动速度为120~200mm/min，工件预加热温度为220~320℃，连接时，主轴箱5应向前倾斜10~20°。

本发明的有效结果：

本发明能够很好的解决1mm铝合金板材搅拌摩擦连接问题，其大大促进了搅拌摩擦连接技术在飞机蒙皮、高速列车外侧蒙皮以及汽车外车蒙皮的制造。其代替了传统的熔化焊接，大大降低了蒙皮的损伤程度，提高了蒙皮的使用性能，特别是在飞机制造中大大提高了飞机载重量和飞行里程等。因此，本发明具有重要的意义。

实际使用证明，由于本发明的加热和工作水平保持，采用相应的焊接工艺可使本发明制备的工件的连接区的宽度不超过2毫米。远远低于现有设计的宽度，大大提高了连接的外观质量，提高了连接区域的机械性能。

附图说明

图1本发明的搅拌摩擦连接装置示意图。

图中：1为底座、2为支柱、3为横梁、4为导轨、5为主轴箱、6为搅拌头夹持部位、7为带传感器的水平仪、8为加热装置、9为可调节施压装置、10为控制箱、11为主线、12为导轨连接导线、13为主轴箱连接导线、14为施压装置连接导线、15为加热装置连接导线、16为水平仪连接导线。

图2本发明所采用的搅拌头示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、2所示。

一种1mm及以下厚度铝合金板材搅拌摩擦连接装置，它包括底座1、支柱2、横梁3、导轨4、主轴箱5、搅拌头夹持部位6、带传感器的水平仪7、加热装置8、可调节施压装置9、控制箱10、主线11、导轨连接导线12、主轴箱连接导线13、施压装置连接导线14、加热装置连接导线15、水平仪连接导线16和搅拌头17组成，如图1所示。其中支柱2两个，带传感器的水平仪78个，每个拐角2个。可调节施压装置9视工件尺寸定其个数，一般是成对出现，为2排、4排、6排……。每个可调施压装置9的压头也是视工件尺寸而定，最少为3个。搅拌摩擦连接设备部件安装如下：两个支柱2安装在底座1上，在两个支柱2之间，底座1之上安装导轨4，在两个支柱2上方装有横梁3，横梁3上挂有主轴箱5，主轴箱5可随横梁3转动，转动角度为0~60°，主轴箱5下方装有搅拌头夹持部位6，搅拌头夹持部位6下夹持搅拌头17，导轨4可在底座1上方前后移动，导轨4上装有8个带传感器的水平仪7，在8个带传感器的水平仪7上方装有加热装置8，加热装置上方放置工件，工件由可调节施压装置9施加压力夹紧固定，带传感器的水平仪7由水平仪连接导线16连接到主线11上，再通过主线11连接到控制器10上，同理，导轨4通过导轨连接导线12、主轴箱5通过主轴箱连接导线13、加热装置8通过加热装置连接导线15、可调节施压装置9通过施压装置连接导线14分别连接到主线11上，再由主线11连接到控制器10上对其控制。带传感器的水平仪7是在导轨4的每边安装两个，当两个带传感器的水平仪7的数值相同时表示该边水平，只有8个带传感器的水平仪7的数值相同时才表示整个工件处在水平位置。由于加热装置8的加热或导致其变形，故此时8个带传感器的水平仪7的数值不相同，此时，带传感器的水平仪7通过水平仪连接导线16和主线11将信息传送给控制器10，控制器10对数据进行处理，再将处理后的数据通过主线11和施压装置连接的导线14将信息传给可调节施压装置9，可调节施压装置9根据获得的信息调整各压头力的大小，从而使工件处于水平状态。

如图2所示，所述的搅拌头17结构与普通的搅拌头结构有所区别，为了保证1mm铝合金板材搅拌摩擦连接的表面形貌和力学性能，特将搅拌头设计成非垂直形状，即搅拌头17的轴肩部位和搅拌针不垂直于夹持柄。轴肩部位和搅拌针与夹持柄之间有一个夹角a，a的取值范围为10~20°，具体a值选择根据连接材料而定。

所述的搅拌摩擦连接设备其连接1mm厚铝合金板材的工艺参数为：搅拌头17的转速为15000~20000rpm，搅拌头17连接时的水平移动速度为120~200mm/min，工件预加热温度为220~320℃。连接时，主轴箱5应向前倾斜10~20°。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。