[发明专利]一种随动式双轴肩搅拌摩擦焊接的轴向力检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及双轴肩搅拌摩擦焊接领域，具体涉及一种双轴肩搅拌摩擦焊接轴向力检测装置。

背景技术

双轴肩搅拌摩擦焊是一种新型搅拌摩擦焊接技术，这种技术使用搅拌针穿过工件后与下轴肩相连，在焊接过程中，上轴肩和下轴肩夹持工件，上轴肩、下轴肩和搅拌针同步旋转，该结构使整个工件在垂直板件方向所受合力为零，因此不需要焊接设备提供很大的轴向力，十分适合中空构件的焊接，在造船、航空航天、轨道交通等领域有着广泛的应用前景。但与此同时，巨大的顶锻力实际上由搅拌针承担，在高温、剧烈摩擦的条件下，搅拌针极易断开从而导致焊接失败，在目前搅拌针制作成本高昂的背景下，加强搅拌针所承受的轴向力检测对相关技术的深入研究和生产尤为关键。

轴向力的常规检测方法如下：使用力传感器串联于轴向位置，然后通过变送器读出传感器输出值即可。对于双轴肩搅拌摩擦焊来说，上述常规做法需要连接很长的拉杆与搅拌针连接，从而安装轴向力传感器，且轴向力传感器必须可靠固定用以提供反作用力，使之有效输出轴向力信号。但双轴肩搅拌摩擦焊接轴向力检测面临如下困难：（1）现在使用较多的双轴肩搅拌头是“浮动式”的，即在焊接过程中，搅拌针的轴向位置是不断变化的，按照常规方法难以保证轴向力传感器可靠固定；如果按照常规方法设计成固定式的轴向力传感器，就会失去搅拌头的“浮动式”优点，在板料安装不在水平面的情况下，所测到的力中含有虚假信息，即没有体现上轴肩和下轴肩对板料的作用力信息；（2）搅拌针是高速旋转的，按照常规设计会产生导线被拉断的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于为了克服现有技术的不足，提供一种轴向力检测装置随双轴肩搅拌头旋转的随动式双轴肩搅拌摩擦焊接的轴向力检测装置，目的在于保证轴向力传感器固定可靠的同时，维持搅拌头“浮动式”焊接的优势。

技术方案：本发明所述的一种随动式双轴肩搅拌摩擦焊接的轴向力检测装置，包括支架、平面轴承、随动盘、过渡轴、卡盘、中空套筒和轴向力传感器，所述随动盘包括上部为圆形腔体的空腔和贯穿有第一穿线孔的中空轴，空腔用于安置轴向力信号处理模块，所述中空轴从所述空腔的底部中心向下延伸与所述过渡轴固定连接，所述随动盘通过所述平面轴承安装在支架上，所述过渡轴底部伸出所述支架通过卡盘与装有双轴肩搅拌摩擦头的中空套筒相连，所述轴向力传感器安装在位于所述双轴肩搅拌摩擦头上轴肩上部的第一绝热块和第二绝热块之间。

所述过渡轴用于连接随动盘和卡盘，使轴向力信号处理模块能随双轴肩搅拌摩擦头同步旋转，过渡轴与随动盘的具体连接方式为：所述过渡轴沿轴线贯穿有第二穿线孔，所述随动盘的中空轴伸入所述第二穿线孔内，第一紧固螺钉穿过所述过渡轴的外壁抵靠在所述中空轴外壁向内凹陷的平台内以固定连接所述随动盘和所述过渡轴。

第二皮带轮通过第二紧固螺钉固定在所述过渡轴上，所述第二皮带轮和第一皮带轮相配合，第一皮带轮在主电机带动下旋转，将输出的旋转动力传递给所述过渡轴。

所述轴向力传感器的软体导线包覆隔热套相继穿过所述卡盘、第二穿线孔和第一穿线孔进入所述随动盘的空腔，与置于所述空腔内的轴向力信号检测相关部件连接，轴向力信号检测相关部件包括：电池、轴向力变送器和无线模块，软体导线与轴向力变送器相连，轴向力信号经过轴向力变送器采集后，通过无线模块发送出去。

所述中空套筒内部为搅拌头安装孔以便装入双轴肩搅拌摩擦头，所述中空套筒的侧壁上设有键槽；进一步，所述双轴肩搅拌摩擦头的侧壁上设有与所述键槽相适配的键，双轴肩搅拌摩擦头装入中空套筒的搅拌头安装孔后，通过键与键槽的配合，实现双轴肩搅拌摩擦头“浮动”焊接，即根据板料的高度，可以在一定轴向范围内活动。

有益效果：1、将轴向力传感器安装在搅拌头上，固定可靠，故轴向力传感器可随搅拌头的轴向位置上下浮动，获得的轴向力真实有效，同时，轴向力传感器的软体导线通过过渡轴的中心穿孔向上引至置于支架顶部的随动盘中，随动盘随过渡轴转动即与搅拌头同步转动，导线只需流出浮动的余量，穿过过渡轴的中心，受到其保护不易拉断，轴向力信号出路能够有效、准确输出，有利于进一步提高焊接质量，有利于搅拌摩擦头的研究和生产；2、随动盘不仅能够安放轴向力信号处理模块，而且容易扩展其他焊接参数检测模块，如旋转扭矩、搅拌头温度等，因此具有灵活性、通用性和拓展性；3、结构简单、实用性强，装配方便，对实现双轴肩搅拌摩擦焊的自动化检测应用具有重要现实意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述的随动盘的结构示意图；

图3为本发明轴向力传感器安装位置示意图。