[发明专利]一种用于组件厚度不均的可调式搅拌摩擦焊接装置及方法

权利要求书

1.一种用于组件厚度不均的可调式搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，主要包括搅拌头主体(1)、夹持装置(2)、超声波辅助装置(3)和终端控制器(4)，所述搅拌头主体(1)的下端固定连接有圆形凸台(11)，搅拌头主体(1)内部设有可伸缩搅拌针(12)，所述可伸缩搅拌针(12)分为传动段搅拌针(121)和驱动段搅拌针(122)，所述传动段搅拌针(121)和驱动段搅拌针(122)的交界处设有限位环(123)，所述传动段搅拌针(121)位于搅拌头主体(1)内部的下端并贯穿所述圆形凸台(11)，传动段搅拌针(121)的内部末端设有温度传感器(1211)，所述温度传感器(1211)的上方设有电导丝(1212)，驱动段搅拌针(122)位于传动段搅拌针(121)的上方，驱动段搅拌针(122)为嵌套空心圆柱形结构，驱动段搅拌针(122)的上方连接有驱动电机(13)，搅拌头主体(1)的外壁上设有两个横向凹槽(14)，所述横向凹槽(14)的底面上设有压力传感器(141)，所述夹持装置(2)通过横向凹槽(14)与搅拌头主体(1)活动连接，夹持装置(2)内部设有电缆接盘(21)，所述电缆接盘(21)的下端分别通过绝缘导线与所述温度传感器(1211)、压力传感器(141)、驱动电机(13)和电导丝(1212)相连，夹持装置(2)的外壁靠近横向凹槽(14)方向处设有横向夹杆(22)，所述超声波辅助装置(3)包括超声波发生器(31)和超声波探测器(32)，所述超声波发生器(31)通过导线与所述超声波探测器(32)相连，超声波探测器(32)与横向夹杆(22)活动连接，所述终端控制器(4)分别与超声波发生器(31)和电缆接盘(21)通过电缆线相连；所述超声波探测器(32 )的末端设有半球形壳体外罩(321)，所述半球形壳体外罩(321)上设有若干通孔(322)，半球形壳体外罩(321)内还设有与所述若干通孔(322)相对应的超声波探头(323)，所述超声波探头(323)分别通过导线与所述超声波发生器(31)相连。

2.如权利要求1所述的一种用于组件厚度不均的可调式搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述超声波探测器(32)具有前期探测组件厚度、中期超声振动辅助焊接和后期成像检测三个功能。

3.如权利要求1所述的一种用于组件厚度不均的可调式搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述搅拌头主体(1)外壁靠近所述圆形凸台(11)上方的位置设有两个喇叭形喷嘴(15)，所述喇叭形喷嘴(15)远离搅拌头主体(1)的一侧设有进气口(151)，所述进气口(151)可连接空压机或制冷机。

4.如权利要求1所述的一种用于组件厚度不均的可调式搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述传动段搅拌针(121)形状可为反螺纹圆柱形、正螺纹圆柱形、正螺纹圆锥形、反螺纹圆锥形、正螺纹凸轮形或反螺纹凸轮形中任意一种。

5.如权利要求1或4所述的一种用于组件厚度不均的可调式搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述传动段搅拌针(121)形状优选的使用反螺纹圆锥形。

6.一种用如权利要求1-5任意一项所述的用于组件厚度不均的可调式搅拌摩擦焊接装置进行摩擦焊接的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将两个厚度不均的焊接组件(5)拼接为待焊接头，所述焊接组件(5)的上表面水平，先利用超声波探测器(32)以频率为0.5-15MHZ、移动速度为60-100mm/s对沿两个焊接组件(5)的缝隙进行测厚，将测量的焊接组件(5)厚度由超声波脉冲信号转化为电信号，再传输至终端控制器(4)转化为数字信号，并记录成为组件厚度梯度曲线；

步骤二：下压所述搅拌头主体(1)，将所述传动段搅拌针(121)对准上述步骤一中的超声波探测器(32)的起始原点，并使得超声波探测器(32)在压力作用下发生倾斜偏移，所述超声波探头(323)距搅拌头主体(1)轴线10-50mm，利用所述电导丝(1212)对所述传动段搅拌针(121)进行预加热，同时超声波探头(323)以15-60KHZ的频率在传动段搅拌针(121)前方进行振动辅助，传动段搅拌针(121)根据所述组件厚度梯度曲线以向前行进，并根据组件厚度通过所述驱动电机(13)和驱动段搅拌针(122)控制变换传动段搅拌针(121)的长度，搅拌头主体(1)的转速为350-1100r/min，焊接速度50-300mm/min；

步骤三：当焊接到末尾时，传动段搅拌针(121)缓慢回缩并使搅拌头主体(1)远离焊接面，此时，超声波探头(323)在压力减少下恢复垂直状态，并以频率为0.5-15MHZ、移动速度为50-120mm/s沿返程方向对焊接组件(5)进行成像检测。