[发明专利]基于扭矩和振动反馈的钢管搅拌摩擦焊具及焊接方法

权利要求书

1.一种基于扭矩和振动反馈的钢管搅拌摩擦焊具，其特征在于：包括外壳，在外壳内依次设有第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板，所述第一支撑板上安装有主电机，第二支撑板上安装有动态扭矩传感器，在第三支撑板上安装有振动传感器，主电机通过动态扭矩传感器与主轴连接，在主轴上套有旋转套，旋转套上安装有轴承，轴承位于支撑座内，旋转套与主轴连接，主轴底端与搅拌头连接，在搅拌头沿着焊缝的焊接方向设有火焰预热装置；所述第三支撑板上设有圆周均布的四个激光测距装置，四个激光测距装置所测得到工件的距离分别为L1、L2、L3和L4，安装搅拌头时，L1＝L2＝L3＝L4；焊接过程中，丨L1-L3丨/丨L1丨或丨L2-L4丨/丨L2丨的值大于0.05时，搅拌头倾斜，停止焊接；所述振动传感器用于检测焊接方向的振动情况，该振动传感器的输出信号包括了以下信息：焊接区域金属的塑化情况、搅拌头在焊接方向上所受力的作用情况；塑化程度较高的金属在搅拌头的搅拌作用下容易形成焊缝且对搅拌头的阻碍作用力较小；塑化程度较低的焊缝金属会导致振动较大，且振动信号不稳定；动态扭矩传感器的输出包括了以下信息：当焊接区域金属塑性较差时，扭矩值较大；当焊接区域金属塑性较好时，扭矩较小。

2.根据权利要求1所述的基于扭矩和振动反馈的钢管搅拌摩擦焊具，其特征在于：所述振动传感器和动态扭矩传感器均与控制器连接，控制器与火焰预热装置连接。

3.根据权利要求1所述的基于扭矩和振动反馈的钢管搅拌摩擦焊具，其特征在于：旋转套与主轴通过螺钉固定连接。

4.根据权利要求1所述的基于扭矩和振动反馈的钢管搅拌摩擦焊具，其特征在于：所述主轴设有圆形导轨，圆形导轨上套有弹簧拧入主轴上，圆形导轨的末端顶住旋转套。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的基于扭矩和振动反馈的钢管搅拌摩擦焊具的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照由下而上的顺序，将主轴穿过旋转套、轴承、动态扭矩传感器后，与主电机的输出轴连接，将主轴与旋转套连接；

(2)测试动态扭矩传感器和振动传感器是否有数据输出，如正常转下一步，如不正常，进行检测并调试正常；

(3)测试火焰预热装置是否正常，如正常转下一步，如不正常，替换或维修至正常后进行下一步；

(4)将搅拌头与主轴固定连接；

(5)将整个焊具固定在搅拌摩擦焊机的机头上；

(6)将动态扭矩传感器、振动传感器通电；

(7)启动焊机主电机，使搅拌摩擦焊具旋转，同时设定扭矩和振动阈值范围；

(8)整个焊具开始下降，当搅拌头开始接触工件时，开始记录动态扭矩传感器、振动传感器的输出，当下压深度达到目标值时，进入初始预热阶段；

(9)初始预热阶段结束后，火焰预热装置开始工作；

(10)搅拌头开始移动，焊接过程中，根据振动传感器和动态扭矩传感器的输出，当焊接扭矩和振动幅值均在阈值范围内，维持当前焊接参数不变；当焊接扭矩超过阈值，增强火焰预热强度；当焊接扭矩在阈值范围内、振动幅值超过幅值时，降低火焰预热强度；当焊接扭矩和振动幅值小于阈值范围，增加焊接速度；

(11)焊接结束后，停止火焰预热装置，提升焊具，使搅拌摩擦头脱离工件，焊接结束，拆下搅拌头。