[发明专利]一种摩擦搅拌焊接的自适应搅拌装置及其控制方法

说明书

本发明提供一种摩擦搅拌焊接的自适应搅拌装置，包括带有搅拌针的焊接机构、滑动机构、驱动机构、位移传感器和控制机构；焊接机构与滑动机构滑动连接；驱动机构与焊接机构连接并与控制机构信号连接，位移传感器设置在滑动机构上并与控制机构信号连接；驱动机构为液压式驱动机构，电控液压阀设置在油管上并与控制机构连接，实现通过控制电控液压阀来调节进入油缸的油液流量，控制与活塞连接的焊接机构在滑动机构上的升降，以保持搅拌针与工件之间的间距在间距阈值范围内。本发明可实时调整搅拌针与工件之间的间距以控制搅拌机焊接的顶锻力，能够将搅拌摩擦焊接过程中的顶锻力保持在指定范围，从而提高摩擦搅拌焊接的质量。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，更具体地说，涉及一种摩擦搅拌焊接的自适应搅拌装置及其控制方法。

背景技术

目前，公知的搅拌摩擦焊接是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。与常规熔焊方法相比，搅拌摩擦焊具有低应力、小变形、低能耗和绿色无污染等优点。搅拌摩擦焊工艺是自激光焊接问世以来最引人注目的焊接方法。它的出现将使铝合金等有色金属的连接技术发生重大变革。用搅拌摩擦焊方法焊接铝合金取得了很好的效果。现如今在英、美等国正进行锌、铜、钛、低碳钢、复合材料等的搅拌摩擦焊接。

然而，搅拌摩擦焊接对焊缝要求十分严格：要求搅拌针与工件的间距要小于限定范围，该间距的限定则限制了搅拌针轴肩垂直压入工件表面的深度，即限制了搅拌针的下压量。而下压量是直接影响顶锻力的主要因素，其中，搅拌针施予工件的顶锻力对焊接质量有重要影响：若工件表面不平整，焊接时搅拌针与工件的接触情况不断变化，导致顶锻力波动，造成焊接质量不稳定。

在现有生产加工过程中，搅拌头与工件之间的间距范围是很难保持的，一旦加工工件改换成曲面之类的工件，就会出现搅拌头与工件的间距大于限定范围的现象，导致搅拌头与工件的焊缝因为间距的变化而改变，这样给搅拌针施予工件的顶锻力造成波动，使得焊接质量不稳定，而且焊接加工形成的工件会出现没焊透的情况，不仅给工件后续的加工带来质量的问题，而且也会大大影响工件的后续应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种摩擦搅拌焊接的自适应搅拌装置及其控制方法，该自适应搅拌装置及其控制方法可实时调整搅拌针与工件之间的间距以控制搅拌机焊接的顶锻力，能够将搅拌摩擦焊接过程中的顶锻力保持在指定范围，从而提高摩擦搅拌焊接的质量。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种摩擦搅拌焊接的自适应搅拌装置，其特征在于：包括带有搅拌针的焊接机构、滑动机构、用于驱动焊接机构在滑动机构上升降的驱动机构、用于检测搅拌头高度位置的位移传感器和控制机构；所述焊接机构与滑动机构滑动连接；所述驱动机构与焊接机构连接并与控制机构信号连接，实现通过控制驱动焊接机构在滑动机构上滑动升降；所述位移传感器设置在滑动机构上并与控制机构信号连接，实现将搅拌头的位置信息反馈于控制机构；

所述驱动机构为液压式驱动机构，并包括油缸、油管、设置在油缸内的活塞、储油罐、油泵和电控液压阀；所述储油罐、油泵和油缸通过油管依次连接；所述活塞与焊接机构连接；所述电控液压阀设置在油管上并与控制机构连接，实现通过控制电控液压阀来调节进入油缸的油液流量，控制与活塞连接的焊接机构在滑动机构上的升降，以保持搅拌针与工件之间的间距在间距阈值范围内。

在上述方案中，该自适应搅拌装置结构简单和操作方便，可通过位移传感器反馈的搅拌针高度位置信息，通过电控液压阀实时调整搅拌针与工件之间的间距，保持搅拌针与工件之间的间距在间距阈值范围内，以控制搅拌机焊接的顶锻力，能够将搅拌摩擦焊接过程中的顶锻力保持在指定范围，从而提高摩擦搅拌焊接的质量。

所述焊接机构还包括用于驱动搅拌针转动的搅拌电机；所述搅拌电机与搅拌针连接，并分别与活塞和滑动机构连接；所述搅拌电机与控制机构信号连接。