[发明专利]一种铜或铝管型母线环缝搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法

说明书

本发明涉及一种铜或铝管型母线环缝搅拌摩擦焊接方法及装置，采用压力与位移协调控制摩擦搅拌的方法得到高质量焊缝。装置包括支撑、运动动力、搅拌头及辅助四大系统。支撑系统由垫块及压紧螺杆、齿套、齿圈、齿套开合机构和底座构成，可完成齿套齿圈开合、锁固、管材装夹等操作，能够保证在大载荷、大扭矩状态下进行稳定焊接；运动动力系统由回转、平移、主轴旋转、升降四大机构组成，可实现焊具旋转、回转、升降、倾角焊接及平移收弧，搅拌头升降可满足不同管径的焊接；搅拌头系统是由搅拌头及焊具座组成，可以满足不同管壁厚度、不同材质的焊接要求辅助系统是指导焊机构，由导焊板、导焊固定架、导焊横架及导焊支架组成，可实现收弧“匙孔”消除，获得完美焊缝。

技术领域

本发明属于管型母线焊接加工技术领域，具体涉及一种铜或铝管型母线环缝搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法。

背景技术

当今社会，电力行业负担越来越大，得到性能优良且拥有特定应用场景的母线对社会的经济效益及节能环保有着不可忽视的意义。管型母线作为一种新型的低压侧电流输送设备，是利用铜管或铝合金管作为导电载体，然后外敷绝缘橡胶，其独特的空心结构设计大幅度提高了输变电系统及电力设备的使用安全性和服役可靠性，正逐步取代矩形、槽形和棒形母线等传统导体，被广泛应用于化工、军工等领域。

目前，国内电力行业母线产品的生产普遍采用钎焊、埋弧焊等熔化焊手段，其焊接接头是利用温度、重力等作用，让金属熔化至熔融状态，使得紧密贴合在一起的待焊工件形成混合溶液，等到温度降低后，熔化部分凝固，两个工件就被牢固的焊在一起，完成焊接。这种成型方式存在焊缝缺陷多、能耗大、污染严重等问题，导致企业经济效益低。

搅拌摩擦焊接技术作为焊接史上的重大突破，成功为铝、铜等有色金属开创了新的成型方式，即不需熔化金属便可实现焊缝的固相连接，最大程度地降低了热输入对焊缝性能的损伤，同时结合热-力复合作用，有效地避免了熔焊过程中会出现的气孔、夹杂等各类缺陷，焊缝质量远高于其他焊接方式。考虑到管型母线是电力产品，高导电性能和高散热性能最为重要，而母线基体导电性能是确定的，这使得焊缝成为了影响管型母线使用性能好坏的最重要因素。焊缝与母线基体的组织结构越趋于一致，母线本身电阻会越小，导电性及散热性能越好。搅拌摩擦焊接作为固相焊接技术，极大的迎合了这一要求，但目前管型母线的搅拌摩擦焊接设备控制精度低、成本高，严重制约了搅拌摩擦焊接技术在管型母线生产上的推广。例如，专利一种管线钢环形焊缝搅拌摩擦焊接机构(2015101549311)采用液压方式固定管材，增大了设备成本，压力过大也会损伤管材，且无法实现位移控制。专利焊接不锈钢管环形焊缝的搅拌摩擦焊接装置及焊接方法(2017101952068)采用垂直焊接方式，无法实现倾角焊接功能，焊缝性能低。专利一种环缝焊接的搅拌摩擦焊装置(201810631667X)虽能实现环缝焊接，但无法消除“匙孔”缺陷，也不能实现倾角焊接功能，并且管材装卡困难。

发明内容

本发明提供一种铜或铝管型母线环缝搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法，具体技术方案如下：

一种铜或铝管型母线环缝搅拌摩擦焊接装置，包括支撑系统、运动动力系统、搅拌头系统和辅助系统；

所述支撑系统由底座、齿圈、齿套、齿套开合机构及锁固装夹机构构成；

所述底座由结构钢焊接后加工制成，用于安装齿套、回转机构等，并提供足够的空间实现在Y-Z面上的360°回转焊接；

所述齿圈齿套由齿圈a齿圈b、下齿套上齿套组成，左右对称布置，下齿套安装在底座上，下齿套上齿套侧边焊接有轴套a轴套b，并通过销轴、轴套a轴套b铰接在一起。下齿套上齿套的开合便于工件的装夹拆卸。下齿套上齿套设有支撑辊回转导槽及压辊回转面，支撑回转部件运动。所述齿套开合机构左右对称布置各一套，由电动推杆、套筒、螺栓a、翻转板等组成；电动推杆通过套筒、螺栓与翻转板铰接，翻转板通过螺栓固定在上齿套上，电动推杆伸缩运动，通过翻转板带动上齿套开合。