本公開(kāi)大體上涉及焊接夾具領(lǐng)域，并且更具體地涉及一種用于在摩擦攪拌焊接期間固定大型工件的可移動(dòng)焊接夾具。

背景技術(shù)：

大規(guī)模焊接操作，諸如，涉及將兩個(gè)或者更多個(gè)非常大的工件(例如，軌道車的頂板)摩擦攪拌焊接在一起的操作，通常需要在焊接期間將工件牢固地保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩＿@對(duì)于確保在工件的接合處形成致密的、均勻的接縫，并且防止工件在摩擦焊接操作期間翹曲或者移出位置都是必要的。

已經(jīng)為在大規(guī)模摩擦攪拌焊接操作期間固定工件設(shè)計(jì)的一種解決方案涉及按照期望的配置(諸如，彼此水平鄰接以形成待結(jié)合的一個(gè)或者多個(gè)接縫)將工件放置在大型床或者其它支撐結(jié)構(gòu)上。將多個(gè)夾子(諸如，可以剛性安裝到床上)設(shè)置在鄰接工件的周長(zhǎng)周圍。采用夾子來(lái)將工件的邊緣固定在床上并且保持工件彼此牢固地水平鄰接。利用如此固定的工件，可以執(zhí)行接縫的摩擦攪拌焊接。

與上述解決方案相關(guān)聯(lián)的一個(gè)缺點(diǎn)是必須采用大量夾子來(lái)適當(dāng)?shù)毓潭ù笮凸ぜ?。因此，?shí)施該解決方案的必要結(jié)構(gòu)可能會(huì)非常昂貴。與該解決方案相關(guān)聯(lián)的另一缺點(diǎn)是必須在焊接操作開(kāi)始之前對(duì)每一個(gè)夾子進(jìn)行單獨(dú)地定位和固定。這可能會(huì)耗費(fèi)很多的時(shí)間和勞動(dòng)力，尤其是當(dāng)必須頻繁改變夾子的配置以適應(yīng)不同的焊接應(yīng)用時(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述情況，提供一種用于在大規(guī)模摩擦攪拌焊接操作期間固定工件的夾具將是有利的，其中，該夾具具有較低的成本，需要最少的時(shí)間和勞動(dòng)力來(lái)配置，并且可以容易地和迅速地被重新配置以適應(yīng)不同的摩擦攪拌焊接應(yīng)用。

根據(jù)本公開(kāi)的示例性焊接夾具可以包括配置為橫跨工件的可移動(dòng)龍門架。焊接夾具可以進(jìn)一步包括懸掛在龍門架上的多個(gè)壓力單元，其中，壓力單元配置為在焊接期間將力可控地施加至工件。當(dāng)壓力單元維持工件上的力時(shí)并且當(dāng)定位在壓力單元后面的焊接頭將工件焊接在一起時(shí)，龍門架可以在焊接方向上在工件上方移動(dòng)。

根據(jù)本公開(kāi)的用于在摩擦攪拌焊接期間固定工件的示例性方法可以包括：將龍門架定位在工件上方；通過(guò)使用附接至龍門架的壓力單元來(lái)將力施加至工件；使龍門架在工件上方移動(dòng)，同時(shí)維持壓力單元與工件之間的嚙合；以及當(dāng)龍門架移動(dòng)時(shí)，對(duì)工件進(jìn)行摩擦攪拌焊接。

附圖說(shuō)明

圖1是示出了根據(jù)本公開(kāi)的示例性焊接夾具的透視圖。

圖2是定位在待焊接在一起的多個(gè)工件上方的圖1的焊接夾具的端面圖。

圖3是圖1的焊接夾具的側(cè)視圖。

圖4是沿圖3中的平面A-A截取的圖1的焊接夾具的壓力單元的橫截面視圖，其中，壓力單元的活塞處于回縮位置。

圖5是示出了圖4所示的壓力單元的橫截面視圖，其中，壓力單元的活塞處于延伸位置。

圖6是示出了可以將圖4所示的壓力單元聯(lián)接至本公開(kāi)的焊接夾具的主梁的示例性方式的分解圖。

圖7是示出了本公開(kāi)的焊接夾具相對(duì)于焊接站的位置的透視圖。

圖8是示出了實(shí)施本公開(kāi)的焊接夾具的示例性方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

在下文中，現(xiàn)在將參照附圖更全面地描述根據(jù)本公開(kāi)的設(shè)備和方法，在附圖中，示出了裝置的優(yōu)選實(shí)施例。然而，所公開(kāi)的設(shè)備和方法可以按照許多不同的形式體現(xiàn)，并且不應(yīng)該被視為受本文所陳述的實(shí)施例的限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了使本公開(kāi)是全面的并且完整的，并且將設(shè)備和方法的范圍充分傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在附圖中，從始至終，類似的數(shù)字表示類似的元件。

參照?qǐng)D1，示出了根據(jù)本公開(kāi)的浮動(dòng)焊接夾具10(下文稱為“焊接夾具10”)的示例性實(shí)施例。為了方便和清楚起見(jiàn)，本文將使用諸如“頂”、“底”、“上”、“下”、“垂直”、“水平”、“側(cè)向”、“縱向”、“高度”、和“寬度”等術(shù)語(yǔ)來(lái)描述龍門架10及其各種部件的相對(duì)布置和定向，每個(gè)術(shù)語(yǔ)是針對(duì)圖1中出現(xiàn)的焊接夾具10的幾何結(jié)構(gòu)和定向。所述術(shù)語(yǔ)包括特別提及的詞、其派生詞、和相似的外來(lái)詞。

焊接夾具10可以包括可移動(dòng)龍門架12，該可移動(dòng)龍門架12支撐多個(gè)壓力單元30a-d、32a-d，該多個(gè)壓力單元30a-d、32a-d配置為強(qiáng)有力地固定正在進(jìn)行摩擦攪拌焊接操作如下面將進(jìn)一步所描述的一個(gè)或者多個(gè)工件36(如圖2所示)。如圖1最佳地示出的，龍門架12可以是雙主梁類型，該雙主梁類型具有通過(guò)側(cè)向延伸的橫梁18、20彼此呈平行關(guān)系固定的第一和第二側(cè)向隔開(kāi)的主梁14、16。主梁14、16可以通過(guò)相應(yīng)多對(duì)垂直支撐構(gòu)件22a、22b支撐在其縱向端處。每對(duì)垂直支撐構(gòu)件22a、22b的下端可以附接至相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑架24a、24b(下面將更詳細(xì)地描述)。龍門架12的高度和寬度可以足以將主梁14、16設(shè)置在待焊接的一個(gè)或者多個(gè)工件36(例如，如圖2所示)上方，并且因此可以被改變以適合特定應(yīng)用。

在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，設(shè)想并且可以實(shí)施龍門架12的上述配置的多種變型。例如，設(shè)想龍門架12可以可替代地包括在主梁的每個(gè)縱向端處的僅僅單個(gè)主梁或者僅僅單個(gè)垂直支撐構(gòu)件。進(jìn)一步設(shè)想主梁14、16和/或垂直支撐構(gòu)件22a、22b可以由用于允許調(diào)節(jié)龍門架12的寬度和/或高度的多個(gè)伸縮構(gòu)件形成。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑架24a、24b(下文稱為“滑架24a、24b”)可以適用于使龍門架12在圖1和圖3所示的y方向上移動(dòng)。例如，滑架24a、24b中的每一個(gè)滑架可以設(shè)置有相應(yīng)的一對(duì)機(jī)輪26a、26b(在圖1中只看得見(jiàn)其中一個(gè)機(jī)輪26b)以及適用于可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)機(jī)輪26a、26b中的一個(gè)或者多個(gè)的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)28a、28b。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)28a、28b可以包括但不限于，電動(dòng)馬達(dá)、液壓馬達(dá)、氣動(dòng)馬達(dá)等。設(shè)想可以使滑架24a、24b自由地坐落在表面頂上，諸如工廠或者處理設(shè)施的地板?？商娲?，設(shè)想可以將滑架24a、24b固定在軌道或者通道(未示出)內(nèi)以限制滑架24a、24b至特定方向或者軸線(例如，y方向)的移動(dòng)。

焊接夾具10還可以包括呈縱向隔開(kāi)的關(guān)系懸掛在主梁14上的多個(gè)前壓力單元30a、30b、30c、30d、以及呈縱向隔開(kāi)的關(guān)系懸掛在主梁16上的相似的多個(gè)后壓力單元32a、32b、32c、32d。前壓力單元30a-d中的每一個(gè)前壓力單元可以與后壓力單元32a-d中的一個(gè)后壓力單元側(cè)向?qū)R，但這不是關(guān)鍵。分別如圖2和圖3所示的焊接夾具10的后視圖和側(cè)視圖所示，前壓力單元和后壓力單元30a-d、32a-d可以在主梁14、16下方延伸一段距離，其中，壓力單元30a-d、32a-d的下末端定位在待焊接的工件36上方的一段距離處。如下面將更詳細(xì)地描述的，前壓力單元和后壓力單元30a-d、32a-d可以包括配置為與工件36接觸的多個(gè)壓力輥42a、42b。雖然焊接夾具10被示出為具有四個(gè)前壓力單元30a-d和四個(gè)后壓力單元32a-d，但是在不脫離本公開(kāi)的情況下，設(shè)想焊接夾具10可以設(shè)置有數(shù)量更多或者更少的前壓力單元和/或后壓力單元。

圖4示出了沿圖3所示的平面A-A截取的壓力單元32d的橫截面。壓力單元32d與圖1所示的壓力單元30a-d、32a-c基本相同。因此，要理解，壓力單元32d的以下描述也可以應(yīng)用于其它壓力單元30a-d、32a-c中的每一個(gè)壓力單元。

如圖4所示，壓力單元32d可以包括包含垂直定向的線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)36的外殼35。線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)36可以體現(xiàn)為任何類型的合適的線性致動(dòng)器或者線性運(yùn)動(dòng)裝置，包括但不限于液壓致動(dòng)器、氣動(dòng)致動(dòng)器等。線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)36可以包括氣缸38和可移動(dòng)活塞40。一對(duì)壓力輥42a、42b可以可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至U形支架45，該U形支架45又可以聯(lián)接至活塞40的下端。線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)36可以操作地連接至自動(dòng)或者手動(dòng)操作的控制器(未示出)，以允許活塞40和壓力輥42a、42b在回縮位置(如圖4所示)與延伸位置(如圖5所示)之間相對(duì)于汽缸38可控地延伸和回縮因此，可以可控地降低壓力輥42a、42b以與待焊接的工件嚙合。具體地，壓力輥42a、42b可以將向下的力施加在工件上，同時(shí)在不損壞工件的情況下在y方向(如下面進(jìn)一步描述的)上在工件上方自由地通過(guò)(滾動(dòng))。當(dāng)然，設(shè)想在不脫離本公開(kāi)的情況下可以用多種其它結(jié)構(gòu)來(lái)代替壓力輥42a、42b。例如，可以用一個(gè)或者多個(gè)固定聯(lián)接的(即，非旋轉(zhuǎn))支腳來(lái)替代壓力輥42a、42b，諸如，壓力輥42a、42b可以由低摩擦材料形成以將向下的力施加在工件上，同時(shí)在不對(duì)其造成損壞的情況下在工件上方滑動(dòng)。

線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)36可以設(shè)置有用于測(cè)量施加至工件的力的量的一個(gè)或者多個(gè)裝置。例如，線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)36可以設(shè)置有力傳感器(未示出)，該力傳感器可以配置為測(cè)量在汽缸68的正面和反面上的液壓壓力。在另一非限制性實(shí)施例中，線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)36可以設(shè)置有與測(cè)壓元件組合在一起以測(cè)量由線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)36施加的力的量的機(jī)電力/位置單元?？梢詫y(cè)得的壓力或者力傳送至控制器(如上所述)，該控制器又可以使活塞40上下移動(dòng)以維持工件上的預(yù)定義力。

壓力單元32d可以按照允許調(diào)節(jié)壓力單元沿主梁16的縱向位置的方式聯(lián)接至主梁16。例如，如圖4所示，壓力單元32d可以通過(guò)機(jī)械緊固件44(例如，螺母和螺栓組合)附接至主梁16，該機(jī)械緊固件44延伸通過(guò)在主梁16中的縱向拉長(zhǎng)的狹槽或者通道46。為了改變壓力單元32d的縱向位置，操作者可以松開(kāi)機(jī)械緊固件44并且可以使壓力單元32d沿狹槽滑動(dòng)至新的縱向位置，機(jī)械緊固件44可以被重新擰緊在該狹槽46中。當(dāng)然，還可以將壓力單元32從主梁16完全移除并且通過(guò)使用一組完全不同的狹槽46將該壓力單元32重新固定在不同的縱向位置。可替代地，設(shè)想壓力單元32d可以安裝在縱向定向的線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(例如，任何類型的線性致動(dòng)器)上，該縱向定向的線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在主梁16上，從而利于自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力單元的縱向位置。例如，可以經(jīng)由操作地連接至前述線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)程控制裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)這種自動(dòng)調(diào)節(jié)。

壓力單元32d也可以按照允許調(diào)節(jié)壓力單元相對(duì)于主梁16的角定向的方式聯(lián)接至主梁16。例如，參照?qǐng)D6，壓力單元32d可以通過(guò)軸承單元33可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至主梁16。軸承單元33可以被機(jī)動(dòng)化并且可以包括用于允許自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力單元32d的角位置的齒條。可替代地，壓力單元32d可以在軸承單元33上手動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并且軸承單元可以包括用于將壓力單元32d固定在期望的角定向上的手動(dòng)致動(dòng)的鎖緊裝置。

要了解，可以采用許多其它配置和/或結(jié)構(gòu)按照利于手動(dòng)地或者自動(dòng)地調(diào)節(jié)壓力單元在主梁16上的縱向位置和/或角定向的方式來(lái)將壓力單元32d安裝到主梁16上。在不脫離本公開(kāi)的情況下，設(shè)想并且可以實(shí)施所有這種配置和結(jié)構(gòu)。

參照?qǐng)D7，示出了安裝在焊接站51前面的一對(duì)導(dǎo)軌49a、49b上的焊接夾具10，該焊接站51可以安裝在該對(duì)導(dǎo)軌49a、49b上。在焊接夾具10和焊接站51的操作期間，焊接夾具10和焊接站51可以按照固定的間隔距離(如下面將進(jìn)一步描述的)在y方向上沿導(dǎo)軌49a、49b移動(dòng)。焊接夾具10和焊接站51可以由共用的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或者由單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)?？商娲?，設(shè)想焊接夾具10可以直接安裝到焊接站51的前面。可側(cè)向調(diào)節(jié)的側(cè)支架53的床可以定位在焊接夾具10和焊接站51下方，以固定和防止待焊接的工件的側(cè)向移動(dòng)。例如，側(cè)支架53可以用于保持工件彼此牢固地側(cè)向鄰接。

參照?qǐng)D8，現(xiàn)在將參照?qǐng)D1至圖3和圖7所示的夾具10描述一種用于操作根據(jù)本公開(kāi)的焊接夾具10的方法。

在示例性方法的第一步驟100中，可以將待焊接的一個(gè)或者多個(gè)工件36定位在圖2所示的支撐臺(tái)50或者其它支撐表面上。可以將工件36定位在待將其焊接在一起(諸如，并排關(guān)系、鄰接關(guān)系)從而形成接縫52的配置中。在步驟110中，可以使諸如圖7所示的側(cè)支架53等可側(cè)向調(diào)節(jié)的側(cè)支架移動(dòng)以與工件36的側(cè)面嚙合，從而保持工件36彼此牢固地側(cè)向鄰接。

在示例性方法的步驟120中，可以將焊接夾具10定位在圖2所示的工件36上方，其中，主梁14、16(在圖2中看不見(jiàn)主梁14)以及前壓力單元和后壓力單元30a-d、32a-d(在圖2中看不見(jiàn)前壓力單元30a-d)橫跨工件36。在方法的步驟130中，必要時(shí)，可以調(diào)節(jié)(按照上述方式)壓力單元30a-d、32a-d的縱向位置和/或角定向。例如，可以利用橫跨圖2所示的相應(yīng)接縫52的其壓力輥42a、42b來(lái)定位壓力單元30a-d、32a-d中的一個(gè)或者多個(gè)。

在示例性方法的步驟140中，可以操作壓力單元30a-d、32a-d以將壓力輥42a、42b降低為與工件36嚙合，從而將工件36強(qiáng)有力地固定在其相應(yīng)位置中，諸如，通過(guò)將工件36夾緊或者卡陷在壓力輥42a、42d與支撐臺(tái)50之間。例如，設(shè)想可以手動(dòng)地(諸如，響應(yīng)于經(jīng)由控制裝置的操作者輸入)、或者自動(dòng)地(諸如，在預(yù)編程的、致動(dòng)的控制器的方向上)操作壓力單元30a-d、32a-d。這種控制器可以從壓力單元30a-d、32a-d接收力測(cè)量結(jié)果，并且可以使用這種測(cè)量結(jié)果來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力輥42a、42b的垂直位置，以將預(yù)定義量的力施加至上述工件。

在示例性方法的步驟150中，可以啟動(dòng)焊接站51(如圖7所示)的焊接頭，從而在沿相應(yīng)接縫52的起點(diǎn)處將工件36焊接在一起。利用如此開(kāi)始的縫焊，在方法的步驟160中，可以啟動(dòng)焊接夾具10的滑架24a、24b以開(kāi)始使焊接夾具10在圖1和圖3所示的y方向上移動(dòng)。焊接站51也可以開(kāi)始在y方向上移動(dòng)，并且可以按照?qǐng)D7所示的固定距離緊緊地跟隨焊接夾具10。當(dāng)焊接夾具10沿工件36的長(zhǎng)度前進(jìn)時(shí)，壓力輥42a、42b可以沿支撐臺(tái)50滾動(dòng)，并且將工件36的相應(yīng)部分強(qiáng)有力地固定到支撐臺(tái)50上，同時(shí)，焊接頭緊緊地跟隨在壓力輥42a、42b后面并且沿接縫52將工件36焊接在一起。因此，繼續(xù)固定工件36的正被焊接的部分，并且當(dāng)焊接頭進(jìn)行焊接時(shí)，防止該部分翹曲或者移出位置。無(wú)需在開(kāi)始焊接之前將工件36完全夾緊在適當(dāng)?shù)奈恢?，便可?shí)現(xiàn)，而這對(duì)于其它焊接夾具則是必要的。因此，要了解，本公開(kāi)的焊接夾具10需要較少的設(shè)置，并且可以被非常快地調(diào)節(jié)以適應(yīng)各種焊接應(yīng)用。

如本文所使用的，不應(yīng)該將以單數(shù)形式提及并且以詞語(yǔ)“一”或者“一個(gè)”繼續(xù)的元件或者步驟理解為排除復(fù)數(shù)個(gè)元件或者步驟，除非明確地提及到該排除。另外，對(duì)本發(fā)明的“一個(gè)實(shí)施例”的提及并不是旨在被解釋為排除也包含所提及的特征的其它實(shí)施例的存在。

雖然本文已經(jīng)描述了本公開(kāi)的某些實(shí)施例，但是本公開(kāi)并不限于此，因?yàn)橐庠谑贡竟_(kāi)的范圍如本領(lǐng)域?qū)⒃试S的那樣廣泛并且同樣地理解本說(shuō)明書(shū)。因此，以上描述不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的，而只是作為對(duì)特定實(shí)施例的闡釋。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在隨附權(quán)利要求書(shū)的范圍和精神內(nèi)將想到其它修改。