[发明专利]应用于集装箱侧围拼接的静轴肩搅拌摩擦焊接装置及方法

权利要求书

1.应用于集装箱侧围拼接的静轴肩搅拌摩擦焊接装置，包括驱动电机（8）、可拆卸地同轴连接于驱动电机（8）输出轴（5）轴端的搅拌针（9）、以及与驱动电机壳体或焊接装置壳体固定连接的静轴肩（1），静轴肩（1）下端开设有轴肩孔（101），搅拌针（9）下端穿过轴肩孔（101）伸出静轴肩（1）外，搅拌针（9）与轴肩孔（101）内壁之间具有间隙，其特征在于，所述静轴肩（1）下端外部套设有一个磁场矢量模块（2），该磁场矢量模块（2）成圆环形，磁场矢量模块（2）内部周向均布有四对具有独立电源驱动的加热线圈（14），成对的加热线圈（14）以磁场矢量模块（2）的中心对称设置且产生的磁场方向相反，各加热线圈（14）在磁场矢量模块的圆周面上各相差45°，磁场矢量模块（2）通过可调节电缆管支架（11）与电机壳体或焊接装置壳体固定连接，所述磁场矢量模块（2）的下端面与静轴肩（1）的下端面齐平，所述磁场矢量模块（2）包括一个绝缘陶瓷的圆环形外壳（201），外壳（201）内部具有圆环形内腔（202），内腔（202）内周向均布有八根绝缘陶瓷定位柱（203），各定位柱（203）的轴向均平行于外壳（201）的轴向，各定位柱（203）上绕设有一个加热线圈（14），外壳（201）外侧壁上开设有一个与内腔（202）连通的通孔（204），各加热线圈（14）的引线从通孔（204）引出后沿可调节电缆管支架（11）向上延伸并与控制电路连接，任意一对加热线圈（14）串联连接，其中一个加热线圈（14）的另一端并联有第一开关（K1）和第二开关（K2），第一开关（K1）连接电源正极，第二开关（K2）连接电源负极，另一个加热线圈（14）的另一端并联有第三开关（K3）和第四开关（K4），第三开关（K3）连接电源正极，第四开关（K4）连接电源负极。

2.根据权利要求1所述的应用于集装箱侧围拼接的静轴肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，静轴肩搅拌摩擦焊接装置还包括一个可伸缩式工作台（6），该可伸缩式工作台（6）的两侧分别固定连接有多个装夹装置（7），位于可伸缩式工作台（6）的一端，连接有至少一个用于探测焊接区温度的温度传感器（13）。

3.根据权利要求2所述的应用于集装箱侧围拼接的静轴肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，静轴肩搅拌摩擦焊接装置还包括一个控制器（15），该控制器（15）与各加热线圈（14）的控制电路连接，还与温度传感器（13）、电源连接。

4.应用于集装箱侧围拼接的静轴肩搅拌摩擦焊接方法，基于上述权利要求2~3任一所述应用于集装箱侧围拼接的静轴肩搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，包括如下具体步骤：

S1、将待焊接板材（12）用装夹装置（7）固定在可伸缩式工作台（6）上；

S2、根据搅拌针（9）的尺寸和待焊接板材（12）的厚度，调整可调节电缆管支架（11）的长短和搅拌针（9）伸出静轴肩（1）的长度，从而调节磁场矢量模块（2）的位置，使磁场矢量模块（2）的下端面与静轴肩（1）下端面齐平；

S3、接通电源，启动驱动电机，通过驱动电机的输出轴（5）驱动搅拌针（9）旋转，控制静轴肩搅拌摩擦焊接装置下移，直到静轴肩（1）和磁场矢量模块（2）压紧待焊接板材（12）上，控制各对加热线圈（14）沿顺时针或逆时针方向顺次通电，产生以搅拌针（9）为轴线相对待焊接板材（12）做高速旋转运动的磁场，等待10-15s后进行下一步骤；

S4、驱动可伸缩式工作台（6）沿焊缝移动，可伸缩式工作台（6）带动待焊接板材（12）沿焊缝移动，移动速度与焊接速度匹配，静轴肩搅拌摩擦焊接装置在可伸缩式工作台（6）移动过程中对待焊接板材（12）进行焊接；

S5、待焊接板材（12）焊完后，搅拌针（9）及时沿着垂直于待焊接板材（12）的方向抬起，随后停止旋转，可伸缩式工作台（6）复位，静轴肩搅拌摩擦焊接装置进入待机状态。

5.根据权利要求4所述的应用于集装箱侧围拼接的静轴肩搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，在进行步骤S3和S4时，通过温度传感器（13）扫测待焊接板材（12）焊接区域的温度，实时记录并反馈，当采集的有效温度偏离预期温度值，调整各对加热线圈（14）通电的切换频率，对焊接温度进行纠偏。