基于搅拌摩擦焊接的防止工件变形的预应力夹具制造技术

本发明专利技术公开了一种基于搅拌摩擦焊接的防止工件变形的预应力夹具，三角桁架的顶端作为千斤顶的支撑端；为保证三角桁架的稳定性，在底部设计底部横梁，维持原三角形的结构完整性。底部横梁中间设计有开孔，且孔采用圆台形，截面为梯形，保证千斤顶推杆可以对底部横梁下的压板施加二次预应力。千斤顶的推杆前端采用圆台设计，保证施加在压板上的力不会产生过大的应力集中，并一定程度上扩大受力面积。压板放置于两底座拱之间，位于底部横梁的正下方，分离式设计。金属垫片的作用是避免因待焊接工件太厚导致定位螺丝对底座固定后，使得压板中部产生较大向上位移。本发明专利技术结合力学及机械等学科的知识解决了搅拌摩擦焊接后工件的焊接弯曲变形问题，提高了工件质量。

Prestressing fixture for preventing workpiece deformation based on friction stir welding

The invention discloses a prestressed clamp based on friction stir welding to prevent the deformation of the workpiece. The top of the triangle truss is the support end of the jack. In order to ensure the stability of the triangular truss, the bottom cross beam is designed at the bottom, and the structure integrity of the original triangle is maintained. The bottom crossbeam is designed with open holes in the middle, and the hole is made of a round platform. The cross section is trapezoid, which ensures that the jack push rod can apply two prestressing forces to the press plate under the bottom cross beam. The front end of the push rod of the jack is designed with a round table to ensure that the force applied on the pressure plate does not produce excessive stress concentration and enlarges the force area to a certain extent. The pressure plate is placed between the two base arches and is located directly below the bottom cross beam, separated design. The function of the metal gasket is to avoid the positioning screw fixing the base due to the thickness of the workpiece to be welded, resulting in greater upward displacement in the middle of the pressure plate. The invention solves the welding bending deformation problem of the workpiece after friction stir welding and improves the quality of the workpiece by combining the knowledge of mechanics and mechanics.

【技术实现步骤摘要】
基于搅拌摩擦焊接的防止工件变形的预应力夹具
本专利技术属于工程制造
，尤其涉及基于搅拌摩擦焊接的防止工件变形的预应力夹具。
技术介绍
目前，搅拌摩擦焊接技术已经开始应用于各个领域，但由于部分焊接工件的厚度比较薄，若采用常规的方法对其进行加压、固定，会导致工件沿焊缝方向出现马鞍形焊接弯曲变形，通常焊接弯曲变形现象的变形最大处发生在工件中段，这是由于压板对工件中间部位施加的预应力太小所致。这里所说的常用方法指的是，将长压板沿焊缝方向置于工件表面，并与焊缝保持一定距离，而后用短压板对其进行加压。由于短压板长度有限，若焊接较长工件难以对长压板中间部位进行加压。并且，即使短压板满足长度要求，但由于螺丝所带来的压力是由短压板作为力臂传递给长压板，在焊接过程中，由于工件中间部位发生焊接弯曲变形，短压板作为力臂也会产生变形，影响夹持效果。因此，难以防止焊接弯曲变形现象的产生。基于直接受力、加压的方式，本文提出一种基于搅拌摩擦焊接的防止工件变形的预应力夹具。能够有效减少焊后工件的焊接弯曲变形，甚至完全消除焊接弯曲变形现象。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是如何设计基于搅拌摩擦焊接的防止工件变形的预应力夹具去解决搅拌摩擦焊接过程中工件焊接弯曲变形的问题。本专利技术的技术方案：基于搅拌摩擦焊接的防止工件变形的预应力夹具，两预应力夹具对称位于第一工件9和第二工件12形成的焊缝10两侧，包括三角桁架、千斤顶、压板4、金属垫片6；所述的三角桁架是一个等腰三角形，包括三角桁架顶1、支撑架2、定位底座5和底部横梁7，三角桁架顶1、支撑架2、定位底座5、底部横梁7为不可拆卸式固定连接；所述的三角桁架顶1用于固定千斤顶，并作为千斤顶的支撑端；支撑架2作为三角桁架的两条边对称布置，用于承受千斤顶对三角桁架1施加的压力；定位底座5为拱形，孔截面为矩形，其两端对称布置有螺栓孔11，中间可穿过压板4；底部横梁7连接两个定位底座5，其中间有开有截面为梯形的孔8；所述的千斤顶包括千斤顶主体3、推杆14和手柄15；千斤顶主体3固定于三角桁架顶1的下端，防止因压板两端加压固定时中间产生向上的位移，从而导致中间部位不能有效的对工件进行加压的问题；推杆14顶端为圆台，避免与压板4接触处出现较大应力集中；推杆14位于千斤顶主体3的前端，孔8的上方；手柄15控制千斤顶压力；所述的压板4与三角桁架的底部横梁7为分离式设计，厚度约为15毫米，宽度与定位底座5中间拱宽保持一致；所述的金属垫片6中间开孔设计，可穿过用于对定位底座进行定位的螺栓13，当待焊接工件厚度高出定位底座5的预留高度时放置于定位底座5的正下方，目的是使用螺栓对定位底座5进行固定时防止定位底座5底部悬空产生较大变形。本专利技术的有益效果：1.充分利用了三角形的稳定性，三角形底部横梁7采用开孔的方式既保证了千斤顶推杆的移动，又保证了三角桁架的稳定性；2.创新性的将千斤顶应用到预应力夹具中；3.通过对原压板4施加二次预应力，进一步限制压板4自身的变形，既避免了因压板4两端受压引起自身中间部分产生的向上位移，又能限制工件9和工件12的焊接弯曲变形变形。从而解决工件在焊接完成后产生的焊接弯曲变形问题。附图说明图1是焊接加压过程示意图(为便于解释说明，未画出关于焊缝对称的夹具)。图2是基于搅拌摩擦焊接的防止工件变形的预应力夹具的主视图。图3是常用夹持方式产生的焊接弯曲变形现象示意图图中：1三角桁架顶；2支撑架；3千斤顶主体；4压板；5定位底座；6金属垫片；7底部横梁；8开孔；9第一工件；10焊缝；11螺栓孔；12第二工件；13螺栓；14推杆；手柄15。具体实施方式以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。基于搅拌摩擦焊接的防止工件变形的预应力夹具。如图1所示为焊接加压过程。为便于表达图1中仅画出第二工件12上的夹具，实际上，在第一工件9上安装同样的夹具，以焊缝10为对称轴与工件12上的夹具呈对称布置。进行搅拌摩擦焊接前，先处理好的第一工件9和第二工件12拼接在一起，使二者无缝对接。对接完成后将压板4沿焊缝10对称放置于第一工件9和第二工件12上；随后将夹具(三角桁架)底部的定位底座5通过螺栓孔11进行固定，要求是定位底座5的前端面与焊缝10位于同一水平线上，最终效果是，两个预应力夹具的定位底座端面在焊缝的延长线上相接触。当待焊接第一工件9和第二工件12厚度超过定位底座5的预留厚度时，需要使用金属垫片6，通过放置在定位底座5的正下方来减少螺栓13受力时引起底座的过大变形。但要保证施加金属垫片6后，定位底座5与金属垫片6应保证存在3-4毫米的空隙，目的是能够将螺栓13引起的预应力传递给压板4，以实现对第一工件9和第二工件12的夹持。定位完成后，通过手柄15控制千斤顶产生下压力，其中千斤顶的推杆通过底部横梁7上的圆台形开孔8而将压力传递给压板4的中间部位，其中推杆14的顶端为圆台设计，这有效避免了过大的应力集中现象。焊接过程中搅拌头可在两个夹具的底部横梁7之间的区域沿焊缝10进行焊接，焊接完成后待工件冷却后可拆除。由于对工件4的中部进行了二次加压，在很大程度上避免了由于工件4两端加压引起的中间段产生向上的变形。并进一步将千斤顶的压力传递给第一工件9和第二工件12，从而消除焊后工件的焊接弯曲变形现象。以上所述是本专利技术的具体实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术的技术原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于搅拌摩擦焊接的防止工件变形的预应力夹具，两预应力夹具对称位于第一工件(9)和第二工件(12)形成的焊缝(10)两侧，其特征在于，所述的预应力夹具包括三角桁架、千斤顶、压板(4)、金属垫片(6)；所述的三角桁架是一个等腰三角形，包括三角桁架顶(1)、支撑架(2)、定位底座(5)和底部横梁(7)，三角桁架顶(1)、支撑架(2)、定位底座(5)、底部横梁(7)为不可拆卸式固定连接；所述的三角桁架顶(1)用于固定千斤顶，并作为千斤顶的支撑端；支撑架(2)作为三角桁架的两条边对称布置，用于承受千斤顶对三角桁架(1)施加的压力；定位底座(5)为拱形，其两端布置有螺栓孔(11)，中间可穿过压板(4)；底部横梁(7)连接两个定位底座(5)，其中间有开有截面为梯形的孔(8)；所述的千斤顶包括千斤顶主体(3)、推杆(14)和手柄(15)；千斤顶主体(3)固定于三角桁架顶(1)的下端；推杆(14)顶端为圆台，位于千斤顶主体(3)的前端、孔(8)的上方；手柄(15)控制千斤顶压力；所述的压板(4)与三角桁架的底部横梁(7)为分离式设计，厚度约为15毫米，宽度与定位底座(5)中间拱宽保持一致；所述的金属垫片(6)中间开孔，可穿过用于对定位底座(5)进行定位的螺栓(13)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于搅拌摩擦焊接的防止工件变形的预应力夹具，两预应力夹具对称位于第一工件(9)和第二工件(12)形成的焊缝(10)两侧，其特征在于，所述的预应力夹具包括三角桁架、千斤顶、压板(4)、金属垫片(6)；所述的三角桁架是一个等腰三角形，包括三角桁架顶(1)、支撑架(2)、定位底座(5)和底部横梁(7)，三角桁架顶(1)、支撑架(2)、定位底座(5)、底部横梁(7)为不可拆卸式固定连接；所述的三角桁架顶(1)用于固定千斤顶，并作为千斤顶的支撑端；支撑架(2)作为三角桁架的两条边对称布置，用于承受千斤顶对三角桁架(1)施加的压力；定...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昭，苑红磊，谭治军，姚欣欣，葛芃，李健宇，亢战，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21