一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备及焊接方法与流程

1.本发明属于石油开发作业防砂筛管泡沫金属挡砂层焊接技术领域，尤其是涉及一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备及焊接方法。


背景技术：

2.泡沫金属是一种金属基体中含有一定数量、一定尺寸孔径、一定孔隙率的金属材料，实际上是金属与气体的复合材料。因其特殊的结构形式，使之既有金属的特性又有气泡的特性，孔隙率可以达80％以上；孔径可调范围在0.05mm～10mm之间；孔径均匀度比较高。
3.多孔泡沫材料是一类利用三维立体孔隙结构获得过滤性能和力学性能等指标优化的功能结构一体化材料。它具有孔隙率高、通透性好、过流能力强、体积密度小等优点。利用金属作为基材，通过特殊的加工方法比如电镀沉积法可获得多孔泡沫金属材料。这种多孔金属材料同时具备良好的力学性能、耐高温、耐腐蚀、耐磨等性能。由于其优异的各项性能，多孔泡沫材料广泛应用在航空航天、机械、建筑、电化学和石油化工等领域，涉及分离、过滤、消声、隔热、电化学过程等许多工艺技术，在科学技术和国民经济建设中发挥着巨大的作用。
4.因泡沫金属具有良好的渗透性，是一种良好的过滤材料，具有很高的孔隙度，优良的渗透性和过滤精度，可充分利用泡沫金属的孔道对流体介质中固体粒子的阻留和捕集作用，将气体或液体进行分离和过滤从而达到介质的净化和分离的目的，从而在石油防砂领域具备良好的应用前景。
5.随着时代的发展，焊接工艺日新月异，常用的镍及镍合金焊接方法包括焊条电弧焊、钨及气体保护焊、等离子焊、电阻焊、钎焊等，上述焊接方式，在焊接过程中容易出现下述问题，焊接处出现裂纹，耐蚀性降低，镍合金液态焊缝金属的熔深浅，流动性差等。多孔隙镍金属材质材料，具有三维立体孔隙结构，孔隙率78.9％，呈现多面体“笼式”结构，目前的焊接工艺对该泡沫镍金属均不适用，易出现焊穿、裂纹、断裂等情况，焊接质量差。


技术实现要素：

6.本发明要解决的问题是提供一种焊接设备及焊接方法，尤其是适用于泡沫金属筛管搅拌摩擦焊，实现了泡沫镍金属材料的成功焊接，焊接质量稳定，焊接一致性高，整体焊接效率高的一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备及焊接方法。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备，包括卷弯装置和焊接装置，所述卷弯装置包括卷弯台板，所述卷弯台板上通过芯轴座连接芯轴，所述芯轴平行置于所述卷弯台板上，所述芯轴周围滑动设有卷弯模具，泡沫镍板放置在所述芯轴正下方，所述卷弯模具向所述芯轴方向挤压，使所述泡沫镍板弯曲呈圆环柱状，所述焊接装置包括焊接台板，所述焊接台板一侧设有操作平台，所述操作平台上设有夹持机构，所述夹持机构固定弯曲后的所述泡沫镍板，所述焊接台板上通过导向机构连接移动块，所述移动块底部连接无针搅拌头和压轮，所述无针搅拌头和所述压轮设置在同
一直线上，所述导向机构将所述无针搅拌头和所述压轮移动到所述操作平台上方，所述无针搅拌头焊接弯曲后的所述泡沫镍板焊缝，所述压轮挤压所述泡沫镍板焊缝。
8.进一步的，所述芯轴为圆柱模具，所述芯轴两端通过滚动机构与所述芯轴座滚动连接。
9.进一步的，所述卷弯模具包括左模具、右模具和上模具，所述左模具和所述右模具均滑动设置在所述芯轴两侧，所述上模具滑动设置在所述芯轴上端，所述左模具、所述右模具和所述上模具均设有滑块，所述滑块置于轨道内滑动。
10.进一步的，所述左模具、所述右模具和所述上模具均连接伸缩机构，所述伸缩机构驱动所述左模具、所述右模具和所述上模具在对应所述轨道内滑动。
11.进一步的，所述导向机构包括第一导轨和第二导轨，所述第一导轨置于所述焊接台板上表面，所述第一导轨改变所述无针搅拌头和所述压轮前后方向的位移，所述第二导轨与所述焊接台板垂直设置，所述第二导轨改变所述无针搅拌头和所述压轮上下方向的位移。
12.进一步的，所述无针搅拌头包括轴肩，所述轴肩顶部设有夹持杆，所述轴肩底部设有搅拌面，所述夹持杆、所述轴肩和所述搅拌面为分体式连接，所述压轮通过销轴与压轮支架连接，所述夹持杆与所述压轮支架均固定在所述移动块上。
13.进一步的，本发明还提供一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接方法，利用上述的泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备，包括以下步骤，
14.s1：将泡沫镍板通过卷弯装置制成泡沫金属卷筒；
15.s2：将待焊接的所述泡沫金属卷筒的坡口两侧清洗干净；
16.s3：安装所述泡沫金属卷筒，使焊缝置于正上方，夹持机构压紧所述泡沫金属卷筒；
17.s4：在所述焊缝间均匀铺撒焊剂，并用压轮压实；
18.s5：调节无针搅拌头位置，使其与所述焊缝接触；
19.s6：启动焊接，使所述泡沫金属卷筒焊接一次成形。
20.进一步的，所述s1包括以下步骤，
21.s11：将所述泡沫镍板置于所述芯轴正下方；
22.s12：伸缩机构分别带动左模具、右模具和上模具向所述芯轴方向挤压，使所述泡沫镍板弯曲呈圆环柱状，形成泡沫金属卷筒。
23.进一步的，所述s4包括以下步骤，
24.s41：在所述焊缝间均匀铺撒焊剂0.3mm-0.5mm，并用所述压轮压实；
25.s42：调整压轮位置，使所述压轮中间部位垂直挤压所述焊缝2mm-3mm，在所述焊缝两端再次均匀铺撒焊剂0.3mm-0.5mm，并用所述压轮压实。
26.进一步的，所述s6包括以下步骤，
27.s61：调节所述无针搅拌头位置，使其向下运行，当所述无针搅拌头与所述泡沫金属卷筒接触后，等待所述无针搅拌头变热变红，点击循环启动按键，此时焊接开始；
28.s62：当所述无针搅拌头走过起点30mm之后，将进给速率旋钮调至40％；
29.s63：在焊接过程中，调节所述无针搅拌头的高度来保持所述无针搅拌头红热状态；
30.s64：当所述无针搅拌头走到距离终点30mm时，将所述进给速率旋钮调至30％，直至所述无针搅拌头走到所述焊缝末端；
31.s65：当所述无针搅拌头走到所述焊缝末端时，向上抬起所述无针搅拌头，点击复位按键，主轴停转，调节所述无针搅拌头远离所述泡沫金属卷筒，完成所述焊缝焊接。
32.本发明具有的优点和积极效果是：
33.1、本发明通过卷弯装置将泡沫镍板制成泡沫金属卷筒，卷弯装置可根据芯轴直径及上模具、左模具和右模具的配合，调整泡沫金属卷筒直径，从而生产多规格泡沫金属筛管，实用性强。
34.2、本发明通过焊接装置对泡沫金属卷筒焊缝进行焊接，焊接过程中，通过夹持机构固定泡沫金属卷筒，夹持机构根据泡沫金属卷筒的直径相对应的调整其在水平和竖直方向的距离，方便对不同直径的筛管进行挤压定位，定位效果好。
35.3、本发明对焊缝进行焊接前后，通过压轮将焊缝内的焊剂挤压平整，通过无针搅拌头对焊缝进行焊接，无针搅拌头采用分体式设计，解决了目前一种材料不能满足生产出整体设计要求的问题。与现有技术相对比，本发明实现了泡沫镍金属材料的成功焊接，焊接质量稳定，焊接一致性较高，整体焊接效率较高的优点。
附图说明
36.图1为本发明实施例的卷弯装置结构示意图。
37.图2-3为本发明实施例的焊接装置结构示意图。
38.图4-5为本发明实施例的无针搅拌头结构示意图。
39.图6为本发明实施例的压轮结构示意图。
40.图7为本发明实施例的工艺流程图。
41.图中：
42.1、卷弯台板
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2、芯轴座
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3、伸缩机构
43.4、安装座
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5、左模具
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6、右模具
44.7、上模具
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8、连接架
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9、芯轴
45.10、轨道
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11、导柱
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12、操作平台
46.13、夹持机构
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14、第一导轨
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15、压轮
47.16、无针搅拌头
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17、销轴
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18、压轮支架
48.19、夹持杆
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20、轴肩
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21、搅拌面
49.22、移动块
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23、导套
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24、支撑腿
50.25、焊接台板
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26、第二导轨
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27、电控柜
51.28、控制面板。
具体实施方式
52.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
53.下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：
54.如图1所示，一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备，包括卷弯装置和焊接装置，卷弯装置包括卷弯台板1，卷弯台板1上通过芯轴座2连接芯轴9，芯轴9平行置于卷弯台板1上，芯轴9周围滑动设有卷弯模具，泡沫镍板放置在芯轴9正下方，卷弯模具向芯轴9方向挤压，使泡沫镍板弯曲呈圆环柱状。
55.本实施例通过卷弯装置将泡沫镍板制成泡沫金属卷筒，卷弯装置可根据芯轴9直径及卷弯模具的配合，调整泡沫金属卷筒直径，从而生产多规格泡沫金属筛管，实用性强。
56.具体的，如图1所示，卷弯台板1为长方形板，卷弯台板1长度方向两端均设芯轴座2，两芯轴座2分别连接芯轴9两端，芯轴9为圆柱模具，芯轴9两端通过滚动机构与芯轴座2滚动连接。滚动机构可以为多种结构，只要实现上述功能即可，具体的，本实施例提供的滚动机构为轴承。
57.芯轴9周围滑动设有卷弯模具，具体的，本实施例提供的卷弯模具包括左模具5、右模具6和上模具7，左模具5和右模具6均滑动设置在芯轴9两侧，上模具7滑动设置在芯轴9上端，左模具5、右模具6和上模具7均设有滑块，滑块置于轨道10内滑动。同时，左模具5、右模具6和上模具7均连接伸缩机构3，伸缩机构3驱动左模具5、右模具6和上模具7在对应轨道10内滑动。
58.优选的，本实施例提供的卷弯台板1四角处均设导柱11，各导柱11顶部之间通过连接架8连接，连接架8上设有伸缩机构3，导柱11外柱面套设导套23，各导套23间通过连接杆连接，连接杆上设有上模具滑块，伸缩机构3连接上模具滑块，驱动上模具7在导柱11方向上下移动。
59.芯轴9底部设有轨道10，左模具滑块和右模具滑块与轨道10配合，左模具滑块和右模具滑块两端分别连接伸缩机构3，伸缩机构3通过安装座4与卷弯台板1固定，伸缩机构3分别驱动左模具5与右模具6在轨道10内滑动，使左模具5与右模具6向芯轴9方向运动。具体的，本实施例的伸缩机构3通过液缸推动上模具7、左模具5和右模具6沿轨道10移动，实现泡沫镍圆管成型。
60.卷弯台板1下设有支撑腿24，支撑腿24将卷弯台板1竖直方向抬起一定高度。
61.如图2、图3所示，焊接装置包括焊接台板25，焊接台板25一侧设有操作平台12，操作平台12上设有夹持机构13，夹持机构13包括八组固定件，通过螺栓与操作平台12固定连接，可用于固定弯曲后的泡沫镍板，通过调整螺栓位置，调节待焊接泡沫镍板的夹紧程度。
62.焊接台板25上通过导向机构连接移动块22，移动块22底部连接无针搅拌头16和压轮15，无针搅拌头16和压轮15设置在同一直线上，导向机构将无针搅拌头16和压轮15移动到操作平台12上方，无针搅拌头16焊接弯曲后的泡沫镍板焊缝，压轮15挤压泡沫镍板焊缝。
63.具体的，如图2、图3所示，导向机构包括第一导轨14和第二导轨26，第一导轨14置于焊接台板25上表面，第一导轨14与移动块22配合，改变无针搅拌头16和压轮15前后方向的位移，第二导轨26与焊接台板25垂直设置，第二导轨26与移动块22配合，改变无针搅拌头16和压轮15上下方向的位移，第一导轨14和第二导轨26垂直设置，使无针搅拌头16和压轮15的位置能够具备可调节的功能，与操作平台12相配合。导向机构分别连接电控柜27和控制面板28，使用者通过控制面板28操纵电控柜27，驱动移动块22沿着导向机构运动。
64.具体的，移动块22底部连接无针搅拌头16和压轮15，如图4、图5所示，无针搅拌头16包括轴肩20，轴肩20顶部设有夹持杆19，轴肩20底部设有搅拌面21，夹持杆19、轴肩20和
搅拌面21为分体式连接，解决了目前一种材料不能满足生产出整体设计要求的问题。如图6所示，压轮15通过销轴17与压轮支架18连接，夹持杆19与压轮支架18均固定在移动块22上。使用时，启动压轮15沿着导轨线性方向移动，移动的过程中，压轮15压实泡沫金属材料2mm-3mm，实际加工过程中，操作人员根据实际加工工艺需要在焊接表面均匀铺撒焊剂，压轮15可对焊剂进行均匀压实处理，令本设备能够具备较高的使用灵活性。
65.如图7所述，本发明还提供一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接方法，利用上述的泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备，包括以下步骤。
66.s1：将泡沫镍板通过卷弯装置制成泡沫金属卷筒，具体的，s1包括以下步骤，
67.s11：将泡沫镍板置于芯轴9正下方，
68.s12：伸缩机构3分别带动左模具5、右模具6和上模具7向芯轴9方向挤压，使泡沫镍板弯曲呈圆环柱状，形成泡沫金属卷筒。
69.s2：将待焊接的泡沫金属卷筒的坡口两侧清洗干净，具体的，使用酒精进行坡口两侧及泡沫金属卷筒内壁清洗，并用白布擦拭干净；检测搅拌面21表面光洁度，确保其表面粗糙度达到1.6以上。
70.s3：安装泡沫金属卷筒，使焊缝置于正上方，夹持机构13压紧泡沫金属卷筒，具体的，将待焊泡沫金属卷筒套进基管，确保焊缝位置在正上方，保证纵向焊缝间距不大于2mm。
71.s4：在焊缝间均匀铺撒焊剂，并用压轮15压实，具体的，s4包括以下步骤，
72.s41：在焊缝间均匀铺撒焊剂0.3mm-0.5mm，并用压轮15压实；
73.s42：调整压轮15位置，使压轮15中间部位垂直挤压焊缝2mm-3mm，在焊缝两端再次均匀铺撒焊剂0.3mm-0.5mm，并用压轮15压实。
74.s5：调节无针搅拌头16位置，使其与焊缝接触，具体的，焊接零点定位，调整无针搅拌头16的位置时，首次将无针搅拌头16位于焊缝最高处，之后再向下移动，直至接触待焊泡沫金属卷筒。
75.s6：启动焊接，使泡沫金属卷筒焊接一次成形，具体的，s6包括以下步骤。
76.s61：调节无针搅拌头16位置，使其向下运行，当无针搅拌头16与泡沫金属卷筒接触后，等待无针搅拌头16变热变红，使无针搅拌头16温度控制在950℃
±
50℃，点击循环启动按键，此时焊接开始。具体的，按照下述程序运行，
77.drfof
78.m85
79.g54m03s2000
80.g0 g90 x0 y0 z30
81.goo g94 z20
82.g01zo.0f100
83.m85
84.g90 g01 x-1120f200
85.m85
86.g00z100
87.g00x0.0y
88.s62：当无针搅拌头16走过起点30mm之后，将进给速率旋钮调至40％，本实施例提
供的正常进给速度为160mm/min；
89.s63：在焊接过程中，调节无针搅拌头16的高度来保持无针搅拌头16红热状态；
90.s64：当无针搅拌头16走到距离终点30mm时，将进给速率旋钮调至30％，直至无针搅拌头16走到焊缝末端。
91.s65：当无针搅拌头16走到焊缝末端时，向上抬起无针搅拌头16，点击复位按键，主轴停转，调节无针搅拌头16远离泡沫金属卷筒，完成焊缝焊接。
92.本发明具有的优点和积极效果是：
93.1、本发明通过卷弯装置将泡沫镍板制成泡沫金属卷筒，卷弯装置可根据芯轴直径及上模具、左模具和右模具的配合，调整泡沫金属卷筒直径，从而生产多规格泡沫金属筛管，实用性强。
94.2、本发明通过焊接装置对泡沫金属卷筒焊缝进行焊接，焊接过程中，通过夹持机构固定泡沫金属卷筒，夹持机构根据泡沫金属卷筒的直径相对应的调整其在水平和竖直方向的距离，方便对不同直径的筛管进行挤压定位，定位效果好。
95.3、本发明对焊缝进行焊接前后，通过压轮将焊缝内的焊剂挤压平整，通过无针搅拌头对焊缝进行焊接，无针搅拌头采用分体式设计，解决了目前一种材料不能满足生产出整体设计要求的问题。与现有技术相对比，本发明实现了泡沫镍金属材料的成功焊接，焊接质量稳定，焊接一致性较高，整体焊接效率较高的优点。
96.以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备，其特征在于：包括卷弯装置和焊接装置，所述卷弯装置包括卷弯台板，所述卷弯台板上通过芯轴座连接芯轴，所述芯轴平行置于所述卷弯台板上，所述芯轴周围滑动设有卷弯模具，泡沫镍板放置在所述芯轴正下方，所述卷弯模具向所述芯轴方向挤压，使所述泡沫镍板弯曲呈圆环柱状，所述焊接装置包括焊接台板，所述焊接台板一侧设有操作平台，所述操作平台上设有夹持机构，所述夹持机构固定弯曲后的所述泡沫镍板，所述焊接台板上通过导向机构连接移动块，所述移动块底部连接无针搅拌头和压轮，所述无针搅拌头和所述压轮设置在同一直线上，所述导向机构将所述无针搅拌头和所述压轮移动到所述操作平台上方，所述无针搅拌头焊接弯曲后的所述泡沫镍板焊缝，所述压轮挤压所述泡沫镍板焊缝。2.根据权利要求1所述的一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备，其特征在于：所述芯轴为圆柱模具，所述芯轴两端通过滚动机构与所述芯轴座滚动连接。3.根据权利要求1或2所述的一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备，其特征在于：所述卷弯模具包括左模具、右模具和上模具，所述左模具和所述右模具均滑动设置在所述芯轴两侧，所述上模具滑动设置在所述芯轴上端，所述左模具、所述右模具和所述上模具均设有滑块，所述滑块置于轨道内滑动。4.根据权利要求3所述的一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备，其特征在于：所述左模具、所述右模具和所述上模具均连接伸缩机构，所述伸缩机构驱动所述左模具、所述右模具和所述上模具在对应所述轨道内滑动。5.根据权利要求1或2或4所述的一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备，其特征在于：所述导向机构包括第一导轨和第二导轨，所述第一导轨置于所述焊接台板上表面，所述第一导轨改变所述无针搅拌头和所述压轮前后方向的位移，所述第二导轨与所述焊接台板垂直设置，所述第二导轨改变所述无针搅拌头和所述压轮上下方向的位移。6.根据权利要求1或2或4所述的一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备，其特征在于：所述无针搅拌头包括轴肩，所述轴肩顶部设有夹持杆，所述轴肩底部设有搅拌面，所述夹持杆、所述轴肩和所述搅拌面为分体式连接，所述压轮通过销轴与压轮支架连接，所述夹持杆与所述压轮支架均固定在所述移动块上。7.一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接方法，利用权利要求1至6任一所述的泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备，其特征在于：包括以下步骤，s1：将泡沫镍板通过卷弯装置制成泡沫金属卷筒；s2：将待焊接的所述泡沫金属卷筒的坡口两侧清洗干净；s3：安装所述泡沫金属卷筒，使焊缝置于正上方，夹持机构压紧所述泡沫金属卷筒；s4：在所述焊缝间均匀铺撒焊剂，并用压轮压实；s5：调节无针搅拌头位置，使其与所述焊缝接触；s6：启动焊接，使所述泡沫金属卷筒焊接一次成形。8.根据权利要求7所述的一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述s1包括以下步骤，s11：将所述泡沫镍板置于所述芯轴正下方；s12：伸缩机构分别带动左模具、右模具和上模具向所述芯轴方向挤压，使所述泡沫镍板弯曲呈圆环柱状，形成泡沫金属卷筒。
9.根据权利要求7或8所述的一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述s4包括以下步骤，s41：在所述焊缝间均匀铺撒焊剂0.3mm-0.5mm，并用所述压轮压实；s42：调整压轮位置，使所述压轮中间部位垂直挤压所述焊缝2mm-3mm，在所述焊缝两端再次均匀铺撒焊剂0.3mm-0.5mm，并用所述压轮压实。10.根据权利要求7或8所述的一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述s6包括以下步骤，s61：调节所述无针搅拌头位置，使其向下运行，当所述无针搅拌头与所述泡沫金属卷筒接触后，等待所述无针搅拌头变热变红，点击循环启动按键，此时焊接开始；s62：当所述无针搅拌头走过起点30mm之后，将进给速率旋钮调至40％；s63：在焊接过程中，调节所述无针搅拌头的高度来保持所述无针搅拌头红热状态；s64：当所述无针搅拌头走到距离终点30mm时，将所述进给速率旋钮调至30％，直至所述无针搅拌头走到所述焊缝末端；s65：当所述无针搅拌头走到所述焊缝末端时，向上抬起所述无针搅拌头，点击复位按键，主轴停转，调节所述无针搅拌头远离所述泡沫金属卷筒，完成所述焊缝焊接。

技术总结
本发明公开一种泡沫金属筛管搅拌摩擦焊接设备及焊接方法，包括卷弯装置和焊接装置，卷弯装置的卷弯台板上通过芯轴座连接芯轴，芯轴平行置于卷弯台板上，芯轴周围滑动设有卷弯模具，泡沫镍板放置在芯轴正下方，卷弯模具向芯轴方向挤压，使泡沫镍板弯曲呈圆环柱状，焊接装置的焊接台板一侧设有操作平台，操作平台上设有夹持机构，用于固定弯曲后的泡沫镍板，焊接台板上通过导向机构连接移动块，移动块底部连接无针搅拌头和压轮，无针搅拌头和压轮设置在同一直线上，导向机构将无针搅拌头和压轮移动到操作平台上方，无针搅拌头焊接弯曲后的泡沫镍板焊缝，压轮挤压泡沫镍板焊缝。本发明具有焊接质量稳定，焊接一致性较高，整体焊接效率较高的优点。效率较高的优点。效率较高的优点。


技术研发人员：孟召兰 王尧 石海 刘玉飞 李同磊 郝宙正 司磊 邓晗 周战凯 张纪双 刘晓辉 王晓
受保护的技术使用者：中海油能源发展股份有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/18