一种复合摩擦热源的金属螺柱焊接系统技术方案

本发明专利技术涉及一种金属螺柱焊接系统，特别是一种复合摩擦热源的金属螺柱焊接系统。本发明专利技术利用螺柱外环轴向位移和旋转装置直接驱动螺柱外环完成上下位移和旋转运动，实现螺柱外环与金属基体的大面积辅助摩擦预热来增加焊接总的热输入；利用螺柱轴向位移和旋转装置直接驱动金属螺柱完成上下位移和旋转运动，实现旋转摩擦产热；经螺柱外环、金属螺柱与金属基体的分别摩擦产热使得金属螺柱和金属基体的温度达到接触面材料的固相焊接温度区间，之后驱动螺柱夹头对金属螺柱实施顶锻完成金属螺柱摩擦焊接。本发明专利技术以提高金属螺柱特别是中大直径螺柱焊接的有效面积，增强界面结合强度和变形抗力，提高金属螺柱焊接效率等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属螺柱焊接系统，特别是一种复合摩擦热源的金属螺柱焊接系 统。
技术介绍
金属螺柱焊接是实现将金属螺柱或其它类似螺柱的杆件焊接到另一工件的过程。 通常实现金属螺柱焊接过程的主要有电弧螺柱焊接系统、电阻焊接系统、摩擦焊接系统等， 电弧螺柱焊接系统具有全截面焊接、高效高质的特点，在汽车车辆制造、机械制造、造船工 程、桥梁建筑工程、电力电站、交通运输、石化能源工程和装饰装修业等工业部门得到广泛 应用。但是，普通电弧螺柱焊、电容储能电弧螺柱焊要求螺柱顶部带有电弧放电尖端，该尖 端和金属基体之间由焊接电源供电产生瞬间电弧，熔化尖端并在压力作用下形成焊接接 头，不适用于空心金属螺柱焊接。并且由于电弧热源能量的限制，电弧螺柱焊接不能焊接如 直径IOmm以上铝制螺柱、直径25mm以上钢制螺柱等中大直径的螺柱。对于某些不适宜用螺柱焊接系统来完成焊接的金属螺柱，通常可用手工电弧焊、 钨极氩弧焊、半自动熔化极气体保护焊等与另一工件进行焊接。手工电弧焊是采用手工运 送电焊条、手工绕螺柱旋转一周对螺柱外圆实施焊接的工艺；钨极氩弧焊与手工电弧焊方 法类似，也采 用氩气保护的钨极电弧作为热源，手工运送焊丝、手工绕螺柱旋转一周对螺柱 外圆实施焊接的工艺；半自动熔化极气体保护焊采用C02、Ar或Ar+C02混合气保护，由焊枪 自动送进焊丝、手工移动焊枪一周对螺柱外圆实施焊接的工艺。手工电弧焊、钨极氩弧焊和 半自动熔化极气体保护焊虽然具有焊接操作简单，广泛适用于焊接中大直径螺柱和空心金 属螺柱等各种类型金属螺柱的优点，但都存在螺柱焊接结合面积少、强度相对较低、焊接内 部存在缺陷、焊缝外观成形不好、效率低等缺点。如在车辆车体内部和外部、船体船舱中、压力容器内壁和外壁以及其它领域中，广 泛用钢制螺柱、铝制螺柱、不锈钢螺柱与金属基体焊接，目前对于空心金属螺柱或螺母的焊 接通常应用手工电弧焊、钨极氩弧焊、半自动熔化极气体保护焊等，国外还针对小直径不锈 钢螺母开发了旋转电弧螺柱焊，对于空心钢制螺柱、中大直径铝制螺柱和中大直径不锈钢 空心金属螺柱的焊接目前尚无技术解决方案。又如特种车辆每台车有400-500个尺寸较 大的圆形铝制螺柱或方形金属螺柱等螺柱型杆件，但电弧螺柱焊接系统只能焊接直径小于 IOmm而不能满足大直径的铝制螺柱或螺柱型杆件的焊接要求，大部分都采用常规熔化焊接 方式，如钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊等。因此，存在因焊缝的内外在质量差、定位精度不够、 焊接截面较小所带来强度较低、焊接效率也较低的问题。再如为连接火箭壳体上的螺柱，英 国焊接研究所开发了摩擦螺柱焊接系统，解决了螺柱与火箭壳体的连接技术。摩擦螺柱焊 已用于生产包含钢皮和混凝土核心的夹板式构件，也用于生产剪切连接器和终端平板加固 条的大容量构件。摩擦螺柱焊接系统的另一项应用是近海设施的水下阳极附属物使用钢螺 柱和电力连接铁路线。但是，这些摩擦螺柱焊接系统只能解决小直径螺柱，中大直径螺柱都 不能直接焊接。如何解决现有技术存在的不足，已成为当今金属螺柱焊接装备领域中亟待解决的一项重大难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服 现有技术存在的不足而提供一种复合摩擦热源的金属螺 柱焊接系统，以提高金属螺柱特别是中大直径金属螺柱焊接的有效面积，增强界面结合强 度和变形抗力，提高金属螺柱焊接效率等。根据本专利技术提出的一种复合摩擦热源的金属螺柱焊接系统，包括金属螺柱、金属 基体、螺柱夹头，螺柱轴向位移装置，螺柱旋转装置，螺柱制动器，其特征在于设有螺柱外 环、螺柱外环夹头，螺柱外环轴向位移装置，螺柱外环旋转装置，金属螺柱设置在螺柱外环 轴心位置，螺柱夹头下端固联金属螺柱，螺柱外环夹头下端固联螺柱外环，金属基体设置于 螺柱和螺柱外环底端面，螺柱轴向位移装置和螺柱旋转装置分别与螺柱夹头联结，螺柱外 环轴向位移装置和螺柱外环旋转装置分别与螺柱外环夹头联结，螺柱制动器与螺柱夹头联 结。本专利技术的金属螺柱是圆形实心金属螺柱、圆形空心金属螺柱或方形金属螺柱等形状的 金属螺柱。本专利技术的工作原理是为解决金属螺柱特别是中大直径金属螺柱与金属基体直 接摩擦产热不足的问题，本专利技术利用螺柱外环轴向位移和旋转装置直接驱动螺柱外环完成 上下位移和旋转运动，可以控制螺柱外环与金属基体紧密接触并旋转摩擦产热达到其塑性 温度区间，实现了螺柱外环与金属基体的大面积辅助摩擦预热来增加焊接总的热输入的目 的；利用螺柱轴向位移和旋转装置直接驱动金属螺柱完成上下位移和旋转运动，用以控制 金属螺柱与金属基体紧密接触并旋转摩擦产热，二种摩擦产热使得金属螺柱和金属基体的 温度达到接触面材料的固相焊接温度区间；之后，驱动螺柱外环夹头提升螺柱外环到预定 高度，再停止金属螺柱的旋转运动，驱动螺柱夹头对金属螺柱实施顶锻完成金属螺柱摩擦 焊接。本专利技术与现有技术相比其显著优点为第一，采用复合摩擦热源的金属螺柱焊接 系统进行金属螺柱焊接，保留了固相焊接接头的优点，避免了接头熔化焊接产生的气孔、裂 纹等缺陷，同时又解决了单一摩擦螺柱焊接系统只能焊接小螺柱问题；第二，采用复合摩擦 热源的金属螺柱焊接系统进行螺柱固相焊接，解决了高强、高硬材料螺柱焊接易于出现裂 纹缺陷的难题；第三，通过螺柱外环与金属基体摩擦提供辅助预热热源，避免了中大直径螺 柱焊接热量输入不足，高强高硬钢材、高强铝制材料焊接缺陷多、焊缝质量较差等问题，也 避免了摩擦螺柱焊发热量不足和顶锻力较大的困难；第四，既解决了圆形实心金属螺柱、圆 形空心金属螺柱或方形金属螺柱等形状的金属螺柱焊接难题，又实现了多种形状金属螺柱 与金属基体的有效固相焊接。本专利技术特别适用于中大直径金属螺柱的焊接。附图说明图1本专利技术提出的一种复合摩擦热源的金属螺柱焊接系统的结构示意图。图2本专利技术提出的一种复合摩擦热源的金属螺柱焊接系统的实施方式示意图。图3本专利技术提出的用于圆形空心金属螺柱的复合摩擦热源的金属螺柱焊接系统 的结构示意图。图4本专利技术提出的用于方形金属螺柱的复合摩擦热源的金属螺柱焊接系统的结 构示意图。图5本专利技术提出的用于方形金属螺柱的复合摩擦热源的金属螺柱焊接系统结构 的A-A剖面示意图。具体实施例方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细描述。实施例1。结合图1和图2，本专利技术提出的一种复合摩擦热源的金属螺柱焊接系统， 主要由金属螺柱、螺柱外环、金属基体、螺柱夹头、螺柱外环夹头、螺柱轴 向位移装置、螺柱旋转装置、螺柱外环轴向位移装置、螺柱外环旋转装置和 螺柱制动器组成。其中，金属螺柱为圆形实心金属螺柱、圆形空心金属螺柱或方 形金属螺柱等形状的金属螺柱；螺柱外环、螺柱夹头和螺柱外环夹头与金属螺 柱和金属基体的类型相匹配；螺柱轴向位移装置、螺柱旋转装置、螺柱外环 轴向位移装置、螺柱外环旋转装置 和螺柱制动器的配置要求和工作方式与现 有摩擦焊接系统基本相同。本专利技术的具体实施方式是第一，螺柱外环固联将螺柱外环固联于螺柱外环 夹头下端，使螺柱外环夹头可靠夹持螺柱外环；第二，金属螺柱固联将金属螺 柱固联于螺柱夹头下端，使螺柱夹头可靠夹持金属螺柱；第三，金属基体 预热由螺柱外环轴向位移装置驱动螺柱外环夹头和螺柱外环下降，使螺柱外 环与金属基体紧密接触，同时螺柱外环旋转装置驱动螺柱外环夹头和螺 柱外环产生旋转，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合摩擦热源的金属螺柱焊接系统，包括金属螺柱［１］、金属基体［３］、螺柱夹头［４］，螺柱轴向位移装置［６］，螺柱旋转装置［７］，螺柱制动器［１０］，其特征在于设有螺柱外环［２］、螺柱外环夹头［５］、螺柱外环轴向位移装置［８］、螺柱外环旋转装置［９］，金属螺柱［１］设置在螺柱外环［２］轴心位置，螺柱夹头［４］下端固联金属螺柱［１］，螺柱外环夹头［５］下端固联螺柱外环［２］，金属基体［３］设置于金属螺柱［１］和螺柱外环［２］底端面，螺柱轴向位移装置［６］和螺柱旋转装置［７］分别与螺柱夹头［４］联结，螺柱外环轴向位移装置［８］和螺柱外环旋转装置［９］分别与螺柱外环夹头［５］联结，螺柱制动器［１０］与螺柱夹头［４］联结。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱军，周琦，王克鸿，张德库，冯曰海，黄俊，顾明乐，张施楠，冯胜昆，
申请(专利权)人：南京工程学院，南京理工大学，
类型：发明
国别省市：84