[0001] 本发明属于摩擦焊接技术领域，特别是涉及一种用于大壁厚环管部件摩擦焊辅助加工装置及其工作方法。

[0002] 近年来，惯性摩擦焊具有工艺参数少、稳定性高、热输入少、焊缝区间窄、接头力学性能高等优点，在工业领域内有着巨大的潜力，很多产品应用于航空航天领域等，现有的惯性摩擦焊工艺过程为：将待焊工件分别固定在旋转端和滑移端，当旋转端的转速达到设定值时，主轴的驱动马达与旋转端分离，滑移端由液压伺服驱动，朝旋转端方向移动，在接触界面处产生摩擦热，由于摩擦力的作用，材料在焊接界面处发生塑性变形，材料的温度逐渐升高，当旋转端的转速下降到一定值时，开始对待焊工件进行顶锻，保持一定时间后，滑移端退出，焊接过程结束，焊接结束后，根据相应材料特性、针对焊后及性能需求进行热处理，对焊后进行热处理工艺，例如重型齿轮因其高扭矩输出和高减速比的特性，被广泛应用于工业重载领域，为了提高重型齿轮整体性能，进而采用惯性摩擦焊对其进行焊接，另外应用于风电、船舶、重型车辆等领域的大壁厚的环管部件皆可以通过惯性摩擦焊进行焊接，在惯性摩擦焊焊接之后，需要对焊缝进行热处理工序，以提高焊接接头的力学性能。

[0003] 但是由于大直径和壁厚高的工件存在热透性问题，并且单纯外部加热或者内部加热不能解决热透性问题，外部温度冷却而焊后内部温度处于高温状态，导致整体温度不均匀，从而使材料焊缝组织不均匀，进而导致焊接接头性能不均匀，基于上述问题，提出一种用于壁厚大的管状部件摩擦焊辅助加工装置及其工作方法。

[0040] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0041] 参见图1‑5说明本实施方式，一种用于大壁厚环管部件摩擦焊辅助加工装置，包括主轴侧箱体1、主轴侧夹具3、外部喷吹组件4、主轴侧待焊件5、移动滑台箱体6、床身7、尾座固定座14、尾座侧待焊件15、内部喷吹组件、内部加热组件17以及外部加热组件，所述主轴侧箱体1安装在床身7的一侧，所述移动滑台箱体6通过移动滑台轨道8滑动安装在床身7的另一侧，所述主轴侧夹具3通过主轴固定座2安装在主轴侧箱体1内，所述主轴侧待焊件5通过主轴侧夹具3夹持固定，所述外部喷吹组件4设置在主轴侧待焊件5焊接区域的外侧，所述尾座侧夹具13通过尾座固定座14安装在移动滑台箱体6内，所述尾座侧待焊件15通过尾座侧夹具13夹持固定,所述内部加热组件17套接在内部喷吹组件的外侧，所述内部加热组件17与外部加热组件分别设置在尾座侧待焊件15的内外两侧。

[0042] 焊接前，通过主轴侧夹具3将主轴侧待焊件5夹持固定，通过尾座侧夹具13将尾座侧待焊件15夹持固定，通过控制系统控制外部喷吹组件4、内部喷吹组件、内部加热组件17以及外部加热组件移动至主轴侧待焊件5和尾座侧待焊件15的焊接区域，控制内部加热组件17以及外部加热组件对焊接区域进行预热，预热之后，开始进行对主轴侧待焊件5和尾座侧待焊件15进行焊接，焊接后，继续控制内部加热组件17以及外部加热组件持续加热，对焊接后的焊接接头进行保温，待焊接接头稳定成型后，完成焊接过程。

[0043] 由于大直径和壁厚高的工件存在热透性问题，并且单纯外部加热或者内部加热不能解决热透性问题，焊后内部温度高，外部温度冷却，导致整体温度不均匀，从而使材料焊缝组织不均匀，进而本发明通过设有内部加热组件和外部加热组件，通过内外加热对待焊部件的内环外环整体控温，保证材料焊缝组织的均匀性，提高焊缝整体性能均匀性，在外部和内部设有加热组件可以协调工作，确保焊接温度的温度分布更加均匀，有助于减少热应力的产生，避免因温度差异导致的变形和裂纹，均匀的加热可以确保焊接过程中材料的均匀变形和热量分布，从而提高焊接质量和一致性，这对于大型工业部件的焊接尤为重要，通过设有内部加热组件和外部加热组件，在焊接过程中对待焊部件的内环外环同时加热控温可以保证焊缝的完整性和强度，同时可以加速焊接速度，通过提前将工件加热到需要的温度，摩擦焊接的摩擦热效应可以更快地达到理想的焊接条件，从而减少整体的焊接时间，提高生产效率，本发明外部和内部加热组件的配合使用可以更精确地控制焊接过程中的温度和热量分布，这对于确保焊接过程中的稳定性和可控性非常重要，尤其是在大直径和大厚度材料的复杂结构中，均匀的加热可以帮助减少焊接过程中可能出现的缺陷，通过精确控制焊接区域的温度，可以降低这些缺陷发生的风险，提高焊接质量。

[0044] 并且在焊接区域外侧设有外部喷吹组件，外部喷保护气体可以在焊接过程中形成一个保护层，防止焊缝处的金属与周围空气中的氧气发生氧化反应，保持焊缝处金属的纯净度，减少氧化层的生成，从而提高焊接质量，焊接结束后，可以继续通过内外加热组件对焊接接头进行保温，可以使其温度缓慢降低，促进晶粒的生长和再结晶过程，可以改善焊缝区域的晶粒结构，使其更加均匀，从而提高焊接接头的强韧性，本发明针对大直径和高厚度的材料工件进行摩擦焊时，同时进行外部和内部的保护气保护，可以防止摩擦焊过程中由于高温和摩擦引起的摩擦热导致工件表面氧化，外部保护气体可以防止空气中的氧气进入焊接区域，减少氧化的风险，内部喷保护气体可以防止焊缝内部发生氧化，外部喷保护气体可以防止焊接区域受到外部环境的污染，有助于减少焊接接头表面的污染，保持焊接区域的清洁，提高焊接质量，通过外部喷保护气体可以减少焊接过程中产生的火花飞溅，通过在焊接接头周围形成的惰性气体屏障，可以有效地抑制火花的产生，提高工作环境的安全性，并且可以提供一个良好的焊接环境，减少外部环境因素对焊接接头的影响，减少焊接过程中可能出现的因素，提高焊接接头的质量和可靠性，在大直径和高厚度材料的摩擦焊过程中，焊接区域可能受到到较高的热应力，内外喷吹保护气体可以有助于缓解这些问题。

[0045] 通过气缸405的伸缩能够调节半环支架407相对主轴侧待焊件5的竖直方向上的位置，可以根据待焊件的高度，调整喷气位置，通过驱动机构能够调节半环支架407相对主轴侧待焊件5水平方向上的位置，该装置可以根据不同待焊件以及不同的焊接区域调整位置，可以提高该装置的适用性。

[0046] 所述驱动机构包括电机401以及丝杠402，所述喷吹支座403与丝杠402螺纹连接，所述丝杠402与电机401的输出轴连接且安装在床身7上，启动电机401，带动丝杠402转动，由于喷吹支座403与丝杠402螺纹连接，进而可以进行往复运动，从而使半环支架407进行往复移动，根据所需调整不同的位置

[0047] 所述喷吹头408的中部连接有方向调节连杆410，所述方向调节连杆410通过锁紧螺母411与半环支架407内侧连接，通过设有方向调节连杆410，可以调整喷吹头408的喷气角度，可以采用最合适的喷气角度进行喷气，进一步提高该装置对焊缝区域的保护作用。

[0048] 所述内部喷吹组件包括内部喷口16、连接管18、弯头19以及伸缩机构21，所述内部喷口16与连接管18连接，所述连接管18通过弯头19与气源连接，所述伸缩机构21通过连接杆20与弯头19的一侧连接，所述内部加热组件17设置在内部喷口16的外侧。

[0049] 所述连接管18与气源连接的管路上设有控制阀。

[0050] 内部喷吹气体通过控制阀控制进入到内部喷口16的保护气含量，通过伸缩机构21带动内部喷口16移动到焊接区域，通过内部喷口16进行保护气的喷出。

[0051] 所述外部加热组件包括加热组件支撑座9、微调滑台10以及加热管12，所述加热管12安装在微调滑台10上，所述加热管12圆形部分设置在尾座侧待焊件15的外侧，所述微调滑台10安装在加热组件支撑座9上，所述加热组件支撑座9与移动滑台箱体6连接，在焊接前以及焊接后，皆对加热管12进行通电，通过加热管12对焊接区域进行预热以及焊后的保温。

[0052] 所述微调滑台10与加热管12连接部位设有测温组件11。

[0053] 通过微调滑台10可以根据焊缝的不同位置进行调节，选择最合适的加热位置进行加热，进一步的提高焊接接头的力学性能和韧性。

[0054] 所述加热微调滑台10上设有测温组件11，通过测温组件11可以实时监控预热温度和焊后保温所需的温度，保证预热以及保温的温度稳定性

[0055] 所述电机401、内部加热组件17、方向调节连杆410、伸缩机构21、控制阀、加热管12、微调滑台10以及测温组件11皆与控制系统连接。

[0056] 一摩擦焊辅助加工装置的工作方法，它包括以下步骤：

[0057] 步骤1：焊接前，通过主轴侧夹具3将主轴侧待焊件5夹持固定，通过尾座侧夹具13将尾座侧待焊件15夹持固定；

[0058] 步骤2：通过控制系统控制外部喷吹组件4、内部喷吹组件、内部加热组件17以及外部加热组件移动至主轴侧待焊件5和尾座侧待焊件15的焊接区域；

[0059] 步骤3：控制内部加热组件17以及外部加热组件对焊接区域进行预热；

[0060] 步骤4：预热之后，开始进行对主轴侧待焊件5和尾座侧待焊件15进行焊接；

[0061] 步骤5：焊接后，继续控制内部加热组件17以及外部加热组件持续加热，对焊接后的焊接接头进行保温，待焊接接头稳定成型后，完成焊接过程。

[0062] 以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。