一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊装置及摩擦焊方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108372358A(43)申请公布日2018.08.07(21)申请号201611183655.2(22)申请日2016.12.20(71)申请人中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所地址100024北京市朝阳区八里桥北东军庄1号(72)发明人赵华夏栾国红(51)Int.Cl.B23K20/12(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊装置及摩擦焊方法(57)摘要本发明提供了一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊装置，其技术要点在于：前置焊接工位由搅拌针、轴肩、侧顶滚轮和定位滚轮组成；后置焊接工位也由搅拌针、轴肩、侧顶滚轮和定位滚轮组成，侧顶滚轮沿筋条和蒙皮所形成的夹角处滚动，并同时与筋条和蒙皮相贴合；定位滚轮沿筋条的上表面滚动，并卡在筋条上，轴肩的外形与被焊工件的角焊缝相一致，前置焊接工位和后置焊接工位均实现筋板焊接接头单侧角焊缝的静轴肩搅拌摩擦焊；本发明能够避免铆钉连接带来的密封和减重等问题，解决了熔焊和传统搅拌摩擦焊的工艺局限提高了结构的整体化程度和综合性能，解决了筋板结构搅拌摩擦焊接装夹和定位的难题，降低焊接热输入，提高焊接质量和接头强度。CN108372358ACN108372358A权利要求书1/1页1.一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊装置，包括焊接机头，其特征在于：焊接机头内设置有前置焊接工位和后置焊接工位，前置焊接工位和后置焊接工位均实现筋板焊接接头单侧角焊缝的静轴肩搅拌摩擦焊。2.如权利要求1所述的一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊装置，其特征在于：前置焊接工位由搅拌针、轴肩、侧顶滚轮和定位滚轮组成；后置焊接工位也由搅拌针、轴肩、侧顶滚轮和定位滚轮组成。3.如权利要求2所述的一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊装置，其特征在于：侧顶滚轮沿筋条和蒙皮所形成的夹角处滚动，并同时与筋条和蒙皮相贴合；定位滚轮沿筋条的上表面滚动，并卡在筋条上。4.如权利要求2所述的一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊装置，其特征在于：侧顶滚轮与焊接机头下表面夹角为30度-45度。5.如权利要求2所述的一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊装置，其特征在于：轴肩的外形与被焊工件的角焊缝相一致。6.一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊的摩擦焊方法，其特征在于：第一步：将内置有搅拌针、轴肩、侧顶滚轮、定位滚轮的焊接机头放置于蒙皮和筋条组合而成的筋板结构上，筋条嵌于焊接机头的凹槽内；第二步：前置焊接工位和后置焊接工位的搅拌针收缩至轴肩内，同时轴肩和侧顶滚轮向蒙皮和筋条移动，使轴肩和侧顶滚轮与蒙皮和筋条的表面紧密贴合；第三步：前置焊接工位和后置焊接工位的定位滚轮向下移动，卡紧待焊筋条；第四步：搅拌针旋转，并沿轴向运动缓慢扎入被焊工件，被焊材料在摩擦热作用下发生塑化，形成塑性流动区；第五步：焊接机头带动搅拌针、轴肩、侧顶滚轮、定位滚轮沿焊缝方向移动，前置焊接工位及后置焊接工位利用搅拌针旋转产生的摩擦热分别完成筋板接头两侧角焊缝的焊接；第六步：停止搅拌针旋转，搅拌针沿轴向移动，从被焊工件中抽出，轴肩、侧顶滚轮、定位滚轮与被焊工件分离，焊接机头向上抬起，焊接过程完成。7.如权利要求6所述的一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊的摩擦焊方法，其特征在于：被焊工件为蒙皮与筋条连接而成，焊缝位置为蒙皮与筋条的连接处形成的T型结构的两侧角焊缝。8.如权利要求6所述的一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊的摩擦焊方法，其特征在于：可焊接I型筋和L型筋及T型筋的任一种。2CN108372358A说明书1/4页一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊装置及摩擦焊方法技术领域[0001]本发明涉及搅拌摩擦焊技术领域，特别是涉及一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊装置及摩擦焊方法。背景技术[0002]飞机机身、机翼、进气道，船舶甲板以及火箭壳体等存在大量的带筋壁板结构，采用有效的焊接技术替代铆接实现筋板连接，形成整体壁板结构，具有结构减重、提高材料利用率、提高结构强度、提高密封性、改善气动性能等优点。[0003]激光焊等熔焊方法可以实现筋板T型接头的焊接，但对于飞机结构常用的2系、7系等高强铝合金及铝锂合金，熔焊方法难以实现高质量焊接。而现有技术中的搅拌摩擦焊只适用于对接或搭接结构，无法实现T型接头的焊接。发明内容[0004]本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊装置及摩擦焊方法。[0005]一种带筋壁板结构静轴肩搅拌摩擦焊装置，包括焊接机头，焊接机头内设置有前置焊接工位和后置焊接工位，前置焊接工位和后置焊接工位均实现筋板焊接接头单侧角焊缝的静轴肩搅拌摩擦焊。[0006]进一步地，前置焊接工位由搅拌针、轴肩、侧顶滚轮和定位滚轮组成；后