[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

说明书

本发明公开了一种用于组件厚度不均的可调式搅拌摩擦焊接装置，主要包括搅拌头主体、夹持装置、超声波辅助装置和终端控制器，搅拌头主体内部由上至下分别设有驱动段搅拌针和传动段搅拌针，传动段搅拌针的内部设有温度传感器和电导丝，驱动段搅拌针的上方连接有驱动电机，搅拌头主体的外壁上设有两个横向凹槽，夹持装置通过横向凹槽与搅拌头主体相连，夹持装置内部设有电缆接盘，分别连接驱动电机和终端控制器，夹持装置的外壁设有横向夹杆，超声波辅助装置分别通过横向夹杆和导线与搅拌头主体和终端控制器连接；总之，本发明焊接效果良好，适应性广泛。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及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。

背景技术

搅拌摩擦焊(Friction stir welding简称FSW)是1991年英国焊接研究所发明的一项固相连接技术，具有焊接变形小、焊接质量高和绿色无污染等优点，被称为“21世纪最具革命性的连接技术”。

无论是平面还是曲面，搅拌摩擦焊的工业应用主要集中在等厚焊接组件，现有技术中也提出了可调节式的搅拌头，但这无法满足在焊接厚度不均时可根据实施情况对搅拌针进行调控，以使其达到良好的焊接效果。但是由于焊接过程中，搅拌头受到巨大的轴向下压力和水平剪切力，其焊接速度受限，搅拌头磨损严重，也在一定程度上难以实现实时反馈，如果根据此粗略地变换搅拌针的长度，会加剧搅拌头的磨损，严重时会导致搅拌针断裂，焊接质量严重下降，影响了搅拌头的使用寿命；同时，对搅拌摩擦焊设备和工装卡具也提出了很高的要求。国内外学者通过采用移动式感应线圈、电阻热、激光能或等离子弧做等附加辅助热源的方法来改善焊接环境，但是他们具有适用范围窄、效率低或者可使用工艺参数少等缺点。

超声波是声波的一种，具有频率高、穿透能力强等特点。超声波不仅可以改变材料的本构关系，降低其变形抗力，通过在搅拌摩擦焊的过程中复合超声来改善焊接环境，从而提高焊接速度和焊接质量。还多用于金属探伤检测和内部结构成像检测，因此，现需要一种能够对厚度不均的焊接组件先进行预扫描形成厚度梯度曲线，又能在焊接过程中改善焊接环境，同时还能进行焊接后的成像检查的摩擦搅拌焊接装置。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供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。

本发明的技术方案为：一种用于组件厚度不均的可调式搅拌摩擦焊接装置，主要包括搅拌头主体、夹持装置、超声波辅助装置和终端控制器，搅拌头主体的下端固定连接有圆形凸台，搅拌头主体内部设有可伸缩搅拌针，可伸缩搅拌针分为传动段搅拌针和驱动段搅拌针，传动段搅拌针和驱动段搅拌针的交界处设有限位环，传动段搅拌针位于搅拌头主体内部的下端并贯穿圆形凸台，传动段搅拌针的内部末端设有温度传感器，可对搅拌针的温度进行实时反馈，温度传感器的上方设有电导丝，当搅拌针摩擦时热度不够时使用电导丝加热，有助于焊接，驱动段搅拌针位于传动段搅拌针的上方，驱动段搅拌针为嵌套空心圆柱形结构，驱动段搅拌针的上方连接有驱动电机，可实现搅拌针长度的自由伸缩，搅拌头主体的外壁上设有两个横向凹槽，横向凹槽的底面上设有压力传感器，监控轴肩压力，防止压力过大导致的飞边缺陷，夹持装置通过横向凹槽与搅拌头主体活动连接，夹持装置内部设有电缆接盘，电缆接盘的下端分别通过绝缘导线与温度传感器、压力传感器、驱动电机和电导丝相连，夹持装置的外壁靠近横向凹槽方向处设有横向夹杆，超声波辅助装置包括超声波发生器和超声波探测器，超声波发生器通过导线与超声波探测器相连，超声波探测器与横向夹杆活动连接，终端控制器分别与超声波发生器和电缆接盘通过电缆线相连。

进一步的，超声波探测器的末端设有半球形壳体外罩，半球形壳体外罩上设有-个通孔，半球形壳体外罩内还设有与2-8个通孔相对应的超声波探头，超声波探头分别通过导线与超声波发生器相连，分布为半球形的超声波探头无论是在竖直方向还是倾斜方向都能发挥最大的功效。