本發(fā)明涉及攪拌摩擦焊接設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種提高生產(chǎn)效率的柔性攪拌摩擦焊接工具及焊接方法。

背景技術(shù)：

攪拌摩擦焊中的攪拌頭被視為是攪拌摩擦焊的“核心”，自上世紀90年代初攪拌摩擦技術(shù)問世以來，攪拌摩擦焊技術(shù)不斷發(fā)展，攪拌摩擦焊用攪拌頭也不斷改進。在短短的20多年發(fā)展中，攪拌摩擦焊攪拌頭已經(jīng)發(fā)展有常規(guī)攪拌頭、雙軸肩攪拌頭、可回抽攪拌頭、靜軸肩攪拌頭和回填式攪拌摩擦點焊攪拌頭等多種不同形式。攪拌摩擦焊攪拌頭種類繁多，常規(guī)攪拌頭由于結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、使用壽命長以及價格低廉等優(yōu)點在摩擦焊的工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用仍非常廣泛。但是常規(guī)攪拌頭在使用中存在不足之處，在焊接過程中，一般壓入量要保持一定的范圍內(nèi)(0.1-0.3mm)，而工件都會固定，工件表面受熱膨脹不能釋放以及受熱不均勻從而導(dǎo)致工件表面的變形，從而導(dǎo)致攪拌頭壓入量的多少需要焊接操作人員在焊接過程中時刻關(guān)注，隨時觀察攪拌頭壓入量的變化，并適時的進行調(diào)節(jié)，長時間的焊接工作致使焊接操作人員容易疲勞，有損身體健康。在這種傳統(tǒng)焊接工況下，焊接過程中就必需一人一臺設(shè)備，嚴重束縛焊接人員的生產(chǎn)力；在壓入量變化的過程中，攪拌頭的壓力也會隨之變化，降低焊接的表面質(zhì)量；另外操作人員如果不夠熟練，還會影響焊接質(zhì)量，降低生產(chǎn)效率。

針對以上的這些問題，宮秀梅等人提出了一種用于超大厚度攪拌摩擦焊機的恒壓力焊接機(公開號cn201620631164.9)，依靠主軸內(nèi)套筒內(nèi)分布的壓力傳感器測量焊機焊接過程中頂鍛力，在套筒中設(shè)計有讓位槽，讓位槽中安裝的調(diào)整墊片可以根據(jù)頂鍛力的大小來調(diào)節(jié)軸向的高度，使頂鍛力維持在一個范圍內(nèi)變動，從而達到恒壓力焊接。

另外，陳書錦等人發(fā)明了具有壓入深度和振動反饋的攪拌摩擦焊具(公開號cn201610444867.5)，在主電機的輸出端傳動連接的扭矩傳感器，在撐架上焊接方向設(shè)置振動傳感器以及垂直方向安裝振動傳感器，該發(fā)明可以監(jiān)控整個焊接過程中的壓入量和振動，確保焊接狀態(tài)安全、穩(wěn)定性。

但是這兩種現(xiàn)有技術(shù)均依靠傳感器實現(xiàn)恒壓力控制，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種提高生產(chǎn)效率的柔性攪拌摩擦焊接工具及焊接方法，本發(fā)明依靠彈簧的機械柔性連接，可根據(jù)焊縫表面高低自適應(yīng)調(diào)節(jié)攪拌頭壓入量，保證壓入量的恒定，克服在焊接過程中使用傳統(tǒng)常規(guī)攪拌摩擦焊攪拌頭需時刻關(guān)注設(shè)備的焊接過程，焊接人員可同時操作多臺設(shè)備，提高效率，提高了焊接攪拌摩擦焊的自動化程度，同時又能減少勞動量，減輕疲勞；本發(fā)明與利用傳感器實現(xiàn)恒壓力控制方式相比具有無需傳感器、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定可靠，無需改動現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)，極大降低成本。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種提高生產(chǎn)效率的柔性攪拌摩擦焊接工具，包括夾持柄、攪拌頭和動力驅(qū)動裝置，其中：

所述夾持柄用于承載所述攪拌頭，所述夾持柄底部向內(nèi)開設(shè)有用于所述攪拌頭插設(shè)的空腔，所述攪拌頭與所述空腔之間為間隙配合連接；

所述夾持柄側(cè)壁上開設(shè)有開口，所述開口末端與所述空腔連通，所述攪拌頭對應(yīng)所述開口位置沿其圓周面開設(shè)有凹槽，所述開口內(nèi)穿設(shè)有限位裝置，且所述限位裝置末端延伸到所述凹槽內(nèi)，所述限位裝置端部通過螺釘與所述凹槽固定連接；

所述動力驅(qū)動裝置的輸出端與所述夾持柄連接用于驅(qū)動所述夾持柄旋轉(zhuǎn)，所述限位裝置能使所述夾持柄帶動所述攪拌頭一起旋轉(zhuǎn)且還能防止所述攪拌頭從所述夾持柄內(nèi)掉落；

所述限位裝置與所述開口在垂直方向上具有間隙，通過該間隙所述攪拌頭能相對于所述夾持柄上下移動；

所述攪拌頭下部沿其徑向向外延伸形成支撐部，所述支撐部直徑與所述夾持柄直徑相同，所述支撐部上表面和所述夾持柄下表面之間留有間距用于放置彈性件，該間距大小通過所述攪拌頭上下移動能夠調(diào)節(jié)，所述間距最大值與所述彈性件自由伸縮高度相同。

所述夾持柄與所述攪拌頭沒有直接連接，而是通過夾持柄側(cè)壁開口內(nèi)的平鍵與攪拌頭的固定連接實現(xiàn)夾持柄帶動攪拌頭一起旋轉(zhuǎn)；攪拌頭與夾持柄內(nèi)腔為間隙配合連接，從而攪拌頭可以在作為限位裝置的平鍵的限制作用下在垂直方向做有限移動；本發(fā)明使用彈性件柔性連接夾持柄與支撐部，進而柔性連接夾持柄與攪拌頭，這樣焊接過程中可根據(jù)焊縫表面的高低自適應(yīng)調(diào)節(jié)，保證了壓入量的恒定。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述支撐部上設(shè)置有環(huán)形卡槽，所述夾持柄下部對應(yīng)位置也設(shè)置有環(huán)形卡槽，所述彈性件兩端分別卡合到所述環(huán)形卡槽內(nèi)。所述支撐部環(huán)形卡槽與所述夾持柄環(huán)形卡槽設(shè)為環(huán)形，是為了適應(yīng)所述彈性件的截面形狀，使所述彈性件牢固地卡合在所述環(huán)形卡槽內(nèi)，不易脫落。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述彈性件采用柱形彈簧。所述柱形彈簧的彈簧受壓力/拉力的大小與形變尺寸之比是呈線性關(guān)系的，這樣易于根據(jù)工件的材質(zhì)、焊接厚度選擇初對應(yīng)型號的所述彈性件，進而確定使用所述彈性件時的焊接工藝參數(shù)。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述柱形彈簧采用鉻釩彈簧鋼絲制成。所述鉻釩彈簧鋼絲硬度較高，可以適應(yīng)于高溫高壓的作業(yè)條件。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述限位裝置為平鍵，所述平鍵截面為方形，所述凹槽寬度與所述平鍵高度相同，所述開口高度大于所述平鍵高度。所述平鍵高度與所述凹槽寬度相同，是為了使所述平鍵與所述攪拌頭較緊密地卡合在一起，不易發(fā)生相對運動；而所述開口的高度大于所述平鍵高度，可以使平鍵在開口內(nèi)垂直方向上下移動，從而使所述攪拌頭在作為限位裝置的平鍵的限制作用下在軸向做有限移動。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述開口的數(shù)量為兩個，兩個所述開口以所述夾持柄軸線為中心對稱設(shè)置，所述限位裝置的數(shù)量為兩個，兩個所述限位裝置分別穿設(shè)在兩個所述開口內(nèi)。本發(fā)明設(shè)置了兩個以所述夾持柄軸線為中心相對設(shè)置的限位裝置，以及兩個容納限位裝置的開口，限位裝置對稱設(shè)置可以起到對攪拌頭的夾持作用。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述攪拌頭下端沿其軸線方向向下延伸形成插入端，所述插入端為倒錐形結(jié)構(gòu)，所述插入端頂部直徑小于所述攪拌頭直徑，所述插入端和所述攪拌頭連接處形成軸肩。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述夾持柄和所述攪拌頭均為圓柱體形結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述支撐部為圓盤結(jié)構(gòu)，所述支撐部位于所述軸肩上方。

本發(fā)明提供了一種柔性攪拌摩擦焊焊接方法，該方法采用所述提高生產(chǎn)效率的柔性攪拌摩擦焊接工具進行焊接，具體步驟如下：

步驟a：根據(jù)待焊接工件的材質(zhì)、焊接厚度選擇對應(yīng)型號尺寸的焊接工具；

步驟b：根據(jù)待焊接工件的材質(zhì)、焊接厚度選擇對應(yīng)型號的彈性件；

步驟c：安裝固定待焊接工件；

步驟d：針對待焊接工件的材質(zhì)、厚度、和焊接路線，確定焊接工藝參數(shù)，編輯預(yù)設(shè)柔性攪拌摩擦焊機的設(shè)備程序；

步驟e：啟動柔性攪拌摩擦焊機，并運行步驟d中的預(yù)設(shè)定程序，焊接工具沿攪拌摩擦焊焊縫移動焊接，待焊接完成關(guān)閉設(shè)備，即可完成焊接。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種提高生產(chǎn)效率的柔性攪拌摩擦焊接工具及焊接方法，跟現(xiàn)有技術(shù)相比，無需傳感器、測距裝置以及數(shù)據(jù)處理單元等反饋系統(tǒng)和復(fù)雜工件、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定可靠，也無需改動現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)，成本較低，適用于對焊接精度要求不是很高的場合；同時該發(fā)明提高了焊接攪拌摩擦焊的自動化程度，大大減少了單個焊件的勞動量，減輕工人疲勞，從而使焊接人員可同時操作多臺設(shè)備，提高了焊接效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明一種提高生產(chǎn)效率的柔性攪拌摩擦焊接工具的剖視圖。

圖中1-夾持柄；2-攪拌頭；3-平鍵；4-柱形彈簧；5-支撐部；6-插入端；7-環(huán)形卡槽；8-開口；9-凹槽。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本發(fā)明所保護的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種提高生產(chǎn)效率的柔性攪拌摩擦焊接工具，包括夾持柄1、攪拌頭2和動力驅(qū)動裝置。動力驅(qū)動裝置的輸出端與夾持柄1連接用于驅(qū)動夾持柄1旋轉(zhuǎn)，動力驅(qū)動裝置為電機。

夾持柄1為圓柱形，用于承載攪拌頭2，其底部向內(nèi)開設(shè)有用于攪拌頭2插設(shè)的圓柱狀空腔，攪拌頭2與空腔之間為間隙配合連接，夾持柄1側(cè)壁上開設(shè)有開口8，開口8末端與空腔連通。本實施例中，開口8的數(shù)量為兩個，兩個開口8以夾持柄1軸線為中心對稱設(shè)置。開口8的數(shù)量也可為多個，沿著夾持柄1側(cè)壁圓周均勻分布設(shè)置。攪拌頭2插入夾持柄1內(nèi)部的圓周面上設(shè)置有一圈凹槽9，開口8與凹槽9之間還設(shè)置有限位裝置，限位裝置穿過開口8后端部插入到凹槽9內(nèi)并通過螺釘實現(xiàn)限位裝置與凹槽9的固定連接，通過此種結(jié)構(gòu)設(shè)計，限位裝置與攪拌頭2連為一體，從而夾持柄1旋轉(zhuǎn)可帶動限位裝置和攪拌頭2一起旋轉(zhuǎn)，而且限位裝置還能防止攪拌頭2從夾持柄1空腔內(nèi)掉落，本實施例中為平鍵3。平鍵3的截面為方形，其高度與凹槽9寬度相同，但小于開口8的高度，這是為了使平鍵3與攪拌頭2能較緊密地連接在一起，不易發(fā)生相對運動，同時又能使其在開口8內(nèi)垂直方向上下移動，從而使攪拌頭2在作為限位裝置的平鍵3的限制作用下在軸向做有限移動。平鍵3的數(shù)量與開口8的數(shù)量相同，每個平鍵3的一端穿設(shè)在對應(yīng)的開口8內(nèi)，另一端插入到凹槽9內(nèi)并通過螺釘固定。平鍵3與開口8在垂直方向上具有間隙，通過該間隙攪拌頭2能相對于夾持柄1在垂直方向上做有限移動。極端情況下，夾持柄1側(cè)壁上的多個開口8連通成為一個環(huán)形空腔，對應(yīng)的平鍵3也變成一個卡合在夾持柄1側(cè)壁環(huán)形孔腔與攪拌頭2凹槽9之間的圓環(huán)，對攪拌頭2起到較好的限位作用。

攪拌頭2也為圓柱形，其下端沿其軸線方向向下延伸形成插入端6，插入端6為倒錐形結(jié)構(gòu)，插入端6頂部直徑小于攪拌頭2直徑，插入端6和攪拌頭2連接處形成軸肩。攪拌頭2下部軸肩上方沿其徑向向外延伸形成圓盤形支撐部5，支撐部5直徑可與夾持柄1直徑相同，支撐部5上表面和夾持柄1下表面之間留有間距用于放置彈性件，該間距大小通過攪拌頭2上下移動能夠調(diào)節(jié)，當(dāng)平鍵3處于開口8最下端時，支撐部5上表面和夾持柄1下表面之間的間距為最大值，此間距最大值與彈性件自由伸縮高度相同。支撐部5上表面和夾持柄1下表面還設(shè)置有環(huán)形卡槽7，彈性件可以固定卡合在環(huán)形卡槽7內(nèi)，不易脫落或偏移。本實施例中，彈性件為采用鉻釩彈簧鋼絲制成的柱形彈簧4，鉻釩彈簧鋼絲硬度較高，可以適應(yīng)于高溫高壓的作業(yè)條件，而柱形彈簧4的彈簧受壓力/拉力的大小與形變尺寸之比是呈線性關(guān)系的，這樣易于根據(jù)工件的材質(zhì)、焊接厚度選擇初對應(yīng)型號的彈性件，進而確定使用彈性件時的焊接工藝參數(shù)。

本發(fā)明的柔性攪拌摩擦焊的焊接方法是通過使夾持柄1側(cè)壁開口8內(nèi)的平鍵3與攪拌頭2的凹槽9固定連接，使夾持柄1與攪拌頭2間隙配合，而夾持柄1與攪拌頭2之間使用彈性件柔性連接，這樣焊接過程中可根據(jù)焊縫表面的高低自適應(yīng)調(diào)節(jié)，保證了壓入量的恒定，實現(xiàn)了焊接作業(yè)自動化并保證了焊接質(zhì)量。以焊接厚度為4mm材質(zhì)為6061鋁合金平板u形焊縫為例，其焊接方法及步驟如下：

步驟a：根據(jù)待焊接工件的材質(zhì)-6061鋁合金平板、板材厚度-4mm，選擇對應(yīng)型號尺寸的焊接工具-4mm專用攪拌頭2；

步驟b：根據(jù)待焊接工件的材質(zhì)、焊接厚度選擇對應(yīng)型號的彈性件，具體為：材質(zhì)為鉻釩彈簧鋼絲(gb5221，50crva)的柱形彈簧4，服役溫度300℃以下，彈簧中徑40mm，絲直徑12mm，許用應(yīng)力740mpa，試驗載荷10000n，一圈變形6mm，剛度1617n/mm，最大心軸直徑34mm；

步驟c：安裝固定待焊接工件-攪拌頭2。先將攪拌頭2送入夾持柄1，視線與夾持柄1側(cè)壁開口8齊平，旋轉(zhuǎn)攪拌頭2至攪拌頭2凹槽9與開口8對齊，如發(fā)現(xiàn)攪拌頭2凹槽9超出開口8，應(yīng)上下調(diào)節(jié)攪拌頭2，將平鍵3從開口8放入攪拌頭2凹槽9內(nèi)，并用螺絲擰緊固定，使平鍵3固定連接在攪拌頭2上。注意彈簧4的上下端對準支撐部5的環(huán)形卡槽7以及夾持柄1的環(huán)形卡槽7。最后裝夾固定鋁合金平板。

步驟d：針對待焊接工件的材質(zhì)、厚度、和焊接路線，確定焊接工藝參數(shù)，編輯u形焊縫路線程序，選用工藝參數(shù)為轉(zhuǎn)速：1200rpm，焊接速率：600mm/min。

步驟e：啟動柔性攪拌摩擦焊機，并運行步驟d中的預(yù)設(shè)定程序，焊接工具沿攪拌摩擦焊焊縫移動焊接，焊接過程中無需調(diào)節(jié)攪拌頭2的壓入量，待焊接完成關(guān)閉設(shè)備，即可完成焊接。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。