[发明专利]一种浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置及方法

权利要求书

1.一种浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，包括滚珠花键、花键轴、线圈、永磁铁、力传感器、刀柄、搅拌工具；

所述线圈和永磁铁分别安装于滚珠花键端盖和花键轴上，力传感器与线圈相连，搅拌工具通过刀柄与花键轴连接，花键轴与滚珠花键配合，滚珠花键与主轴电机相连；

所述力传感器可实时测量焊接过程中的轴向压力大小，并反馈给控制系统；

所述永磁体直径大于花键轴的外圆直径，实现花键轴的轴向限位；

所述刀柄与花键轴通过紧固螺钉连接。

2.根据权利要求1所述的一种浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述花键轴与滚珠花键之间可相对滑动，相对位移大于5mm。

3.根据权利要求1所述的一种浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述线圈与永磁体之间产生斥力，通过调节线圈电流大小实现对电磁力大小的控制。

4.根据权利要求1所述的一种浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)前期准备：通过试验，确定轴向压力、线圈电流以及线圈与永磁体间隙H三者间的关系；

步骤(2)扎入阶段：设定焊接过程轴向压力；启动焊机Z轴电机，带动搅拌工具下移，当线圈与永磁体间隙H达到设定值，停止下压；将设定电流值通入线圈，电流方向使线圈与永磁体之间产生斥力；启动主轴电机，带动搅拌针旋转；启动Z轴电机使搅拌针扎入工件表面，力传感器实时检测轴向压力大小；当轴向压力达到设定值，Z轴电机停止下压；

(3)焊接阶段：设定焊接速度进行焊接；对于表面不平整焊缝焊接，当焊缝高于基准平面，线圈与永磁铁间隙H减小，力传感器测得电磁力增大并反馈给控制系统，控制系统减小线圈电流值，使电磁力减小，从而将轴向压力降低至设定值；相反，当焊缝低于基准平面，线圈与永磁铁间隙H增大，使得轴向压力减小，控制系统通过增大线圈电流值，使轴向压力保持恒定值；

(4)拔出阶段：到达焊缝终点后，启动Z轴电机缓慢驱动搅拌工具拔出工件，然后停止主轴转动，完成焊接。

5.根据权利要求4所述的一种浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置的焊接方法，其特征在于，步骤(1)前期准备：根据被焊工件表面最大不平整度确定间隙H的大小，设置H等于1.5～2倍表面最大不平整度，根据设定的焊接过程轴向压力确定线圈电流大小并通入线圈。

6.根据权利要求4所述的一种浮动式恒压力控制搅拌摩擦焊接装置的焊接方法，其特征在于，步骤(2)搅拌针旋转速度设定为800r/min；步骤(3)设定焊接速度为100mm/min进行焊接。