[发明专利]一种复合产热的搅拌摩擦焊具

说明书

技术领域

本发明涉及有色金属焊接加工技术，尤其是一种复合产热的搅拌摩擦焊具。

背景技术

自英国焊接研究所发明搅拌摩擦焊接方法以来，这项技术因其焊接变形小、残余应力小，无需保护气体和填充材料，可消除气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷，以及不产生弧光、烟尘、噪音污染等，同时能显著降低成本、节省材料、优化结构、减轻飞行器的结构重量等特点受到各国科研机构的关注。由于这项技术具有很多其他方法所不具备的显著特点，它很快就被用于航天领域，新一代运载火箭芯级贮箱筒段纵缝的焊接就是选用这种方法。尽管利用搅拌摩擦焊接方法可以获得高质量的焊接接头，但是在工程实际操作中，经常会有焊缝缺陷以及焊缝尾部出现“匙孔”。

随着焊接技术的辅助手段快速发展，机器人技术发展日趋成熟，但现有搅拌摩擦焊接设备没有测量控制系统，无法对焊接过程的位移、压力、搅拌针扭矩和搅拌摩擦焊焊机振动进行合适的控制与检测；此外目前的搅拌摩擦焊接的装备体积和重量普遍较大，难以直接安装于机器人手臂的末端。

申请人对现有专利及论文进行了研究分析。例如，现有技术1提出了一个搅拌摩擦焊装置，但没有对如何实时测量搅拌头下压深度以及搅拌头倾角提出具体方法。现有技术2提出了一种搅拌摩擦焊接装置，力矩电机定子固定安装在主轴的内孔中，使得整个装置体积偏大，另外对于焊接的过程中对焊接参数的调整没有提出具体的依据。而采用PID算法的技术方案存在较大的时滞和超调量，会出现很多问题。另外，现有的各方案均没有涉及到一个重要问题，即压力、振动和扭矩测量值与真实值存在偏差的问题，因此也没有给出解决方案。

基于上述分析，申请人认为设计出一种既具备传统搅拌摩擦头焊接功能，同时能最大程度地避免焊缝隧道缺陷的搅拌头及其使用方法，还可以实时检测客观参数的焊具成为了一个迫在眉睫的重要任务。

发明内容

发明目的：提供一种复合产热的搅拌摩擦焊具，以解决现有技术存在上述问题。

技术方案：一种复合产热的搅拌摩擦焊具，包括中空的焊机外壳和机头外壳，与所述焊机外壳固定连接并将其分成两个容置空间的第一支撑架和第二支撑架，固定于第一支撑架上的主电机，固定于第二支撑架上的振动传感器，穿过所述第二支撑架和第一支撑架并与主电机传动连接的中心轴，以及设置于中心轴端部的压力传感系统和辅助产热系统，所述中心轴的端部具有一中空腔体；

所述压力传感系统包括旋转夹具、设置于旋转夹具端部的压力传感器和位于中心轴外侧的汇流环，所述旋转夹具的一端延伸至中心轴的中空腔体内，另一端设置有凸台，凸台上开有通孔，一套设有弹簧的导轨穿过所述通孔并与中心轴固定连接；所述辅助产热系统包括设置于机头外壳内的机头内壳、形成于所述机头内壳中的冷却水循环内腔，及加热组件；所述加热组件包括电阻辅助热源及与电阻辅助热源连接的加热头，所述机头外壳与机头内壳之间具有一定的容置空间，所述加热头位于机头内壳的端部，电阻辅助热源沿所述容置空间延伸至机头内壳的另一端。

在进一步的实施例中，所述中心轴与机头内壳之间设置有轴承和定位套筒。所述中心轴的边缘具有一向外的凸起，所述导轨固定于该凸起上，所述机头内壳具有一向内的增厚层，所述冷却水循环内腔位于该增厚层内；在工作状态下，中心轴边缘的凸起与增厚层的端部抵接。所述机头内壳的边缘向内延伸长度大于机头外壳的边缘向内延伸长度，形成一容置部，所述加热头位于该容置部内。

一种复合产热的搅拌摩擦焊具，包括中心轴、焊机外壳、机头外壳、压力传感系统和辅助产热系统；所述中心轴的一端具有一开放腔体；

所述压力传感系统包括旋转夹具、设置于旋转夹具端部的压力传感器和位于中心轴外侧的汇流环，所述旋转夹具的一端延伸至中心轴的开放腔体内，另一端设置有凸台，凸台上开有通孔，一套设有弹簧的导轨穿过所述通孔并与中心轴固定连接；

所述辅助产热系统包括设置于机头外壳内的机头内壳、形成于所述机头内壳中的冷却水循环内腔，以及加热组件；所述加热组件包括电阻辅助热源及与电阻辅助热源连接的加热头，所述机头外壳与机头内壳之间具有一定的容置空间，所述加热头位于机头内壳的端部，电阻辅助热源沿所述容置空间延伸至机头内壳的另一端。