一种超声复合搅拌摩擦焊接装置及焊接方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116021141A(43)申请公布日2023.04.28(21)申请号202211609202.7(22)申请日2022.12.14(71)申请人四川航天长征装备制造有限公司地址610100四川省成都市经济技术开发区（龙泉驿区）驿都中路189号(72)发明人郑森木文远华朱志(74)专利代理机构成都天既明专利代理事务所(特殊普通合伙)51259专利代理师李钦(51)Int.Cl.B23K20/12(2006.01)B23K20/10(2006.01)B23K20/26(2006.01)B23K20/24(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种超声复合搅拌摩擦焊接装置及焊接方法(57)摘要本发明公开了一种超声复合搅拌摩擦焊接装置，包括搅拌头、转接装置和换能器，所述搅拌头包括搅拌针和静轴肩，搅拌针和静轴肩之间设有下轴承，静轴肩内孔通过螺纹连接有支撑筒，用于固定下轴承，搅拌针通过其夹持部与焊接设备主轴旋转刀柄连接；换能器包含压紧套筒、压电陶瓷片、电极和绝缘套，压电陶瓷片及电极与静轴肩为一体化结构设计。本发明还公开的该焊接装置的焊接方法。本发明实现超声辅助搅拌摩擦焊接，超声换能器不承受焊接轴向压力，焊接过程不影响其超声振动效果，显著增强超声能量复合焊接效果，降低焊接过程材料的塑化抗力，促进焊缝金属的塑化变形和塑性流动，降低搅拌头轴向压力，细化晶粒，提高接头性能。CN116021141ACN116021141A权利要求书1/1页1.一种超声复合搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：包括搅拌头、转接装置和换能器，所述搅拌头包括搅拌针和静轴肩，搅拌针和静轴肩之间设有下轴承，静轴肩内孔通过螺纹连接有支撑筒，用于固定下轴承，搅拌针通过其夹持部与焊接设备主轴旋转刀柄连接，搅拌针依次穿过转接装置、换能器及静轴肩中心孔；所述转接装置包括转接壳体、扶正板和盖板，所述转接壳体上端通过螺钉与焊接设备主轴静止外壳连接，转接壳体下端通过螺钉与静轴肩连接，扶正板通过螺钉与转接壳体上部内腔处的台阶连接，搅拌针穿过扶正板的内孔，在搅拌针和扶正板之间设有上轴承，盖板通过螺钉与扶正板连接以实现对上轴承的固定；所述换能器包含压紧套筒、压电陶瓷片、电极和绝缘套，所述压电陶瓷片、电极和绝缘套安装在压紧套筒和静轴肩之间，绝缘套安装在压电陶瓷片和电极的中心孔位，压电陶瓷片及电极与静轴肩为一体化结构设计，压紧套筒和静轴肩通过螺栓连接并将二者之间的压电陶瓷片及电极以一定预应力压紧，电极通过超声传输线缆与超声电源连接。2.根据权利要求1所述的一种超声复合搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述压电陶瓷片的预应力通过压紧套筒和静轴肩的连接螺栓拧紧程度来调节。3.根据权利要求1所述的一种超声复合搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述压电陶瓷片数量不少于1件,电极不少于2件，电极串联安装在压电陶瓷片之间。4.根据权利要求1所述的一种超声复合搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述绝缘套安装在压电陶瓷片和电极内孔，压紧套筒和静轴肩与电极的接触面绝缘处理。5.根据权利要求1所述的一种超声复合搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述超声传输线缆通过固线块将其固定在转接壳体上。6.一种根据权利要求1‑5任一所述的一种超声复合搅拌摩擦焊接装置的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将超声复合搅拌摩擦焊接装置的各部件依次装配连接，过程中通过力矩扳手调节压紧套筒和静轴肩的连接螺栓拧紧程度将压电陶瓷片的压紧预应力调整到设定值，将搅拌针与焊接设备主轴旋转刀柄连接，将转接壳体与焊接设备主轴静止外壳连接；S2:移动设备主轴将搅拌针及静轴肩对准完成了焊前准备的待焊工件的焊缝；S3:启动焊接设备并设定焊接参数，主要包括搅拌针转速、搅拌针倾角、焊接速度、静轴肩压入待焊工件的压入量或者下压力；S4:启动超声电源并设定超声参数，主要包括超声频率及功率；S5:控制焊接设备将转速达到设定值的搅拌针扎入待焊工件，直至静轴肩压入待焊工件的压入量达到设定值或者下压力达到设定值，停留一定时间后，焊接设备驱动搅拌针或者待焊工件按照设定的焊接速度沿焊缝轨迹运动，过程中超声电源驱动压电陶瓷片按照设定的频率及功率将电能转换成超声能通过静轴肩导入焊缝，实现超声复合搅拌摩擦焊接；S6:完成焊接，拆卸被焊工件。2CN116021141A说明书1/5页一种超声复合搅拌摩擦焊接装置及焊接方法技术领域[0001]本发明属于焊接技术领域，涉及一种超声复合搅拌摩擦焊接装置及焊接方法。背景技术[0002]搅拌摩擦焊接是一种固相连接技术，接头性能相较于传统的熔化焊接大幅提升，已经广泛应用于航空航天、轨道交通、电力电子等行业轻合金构件的焊接。但实际生产中发现搅拌摩擦焊接还存在以下不足：1)焊接过程