[发明专利]一种曲面搅拌摩擦焊用的万向机头及其焊接方法

说明书

本发明提供一种曲面搅拌摩擦焊用的万向机头，包括与摩擦焊接设备连接的支架、架体、用于对曲面搅拌摩擦焊接的搅拌针、第二主轴、用于驱动搅拌针转动的第二搅拌电机、第一搅拌电机、第一主轴、第三搅拌电机、第三主轴和控制器；第二搅拌电机设置在第三主轴上，并通过第二主轴与搅拌针连接；第三主轴与架体连接，第三搅拌电机与第三主轴连接；第一搅拌电机设置在支架上，第一主轴一端与第一搅拌电机连接，另一端穿过支架与架体连接；控制器分别与第一搅拌电机、第二搅拌电机和第三搅拌电机信号连接。本发明还提供一种曲面搅拌摩擦焊用的万向机头焊接方法。本发明实用性强、操作简单和灵活多变，可对曲面焊接工件进行全方位焊接。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，更具体地说，涉及一种曲面搅拌摩擦焊用的万向机头及其焊接方法。

背景技术

摩擦焊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。而搅拌摩擦焊接技术与常规摩擦焊接技术一样，也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源。不同之处在于搅拌摩擦焊接技术在焊接过程中是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。

搅拌摩擦焊接技术为一种固相焊接技术，热输入量低，高效、节能、可靠性高等优点，被广泛应用在航空航天领域。目前，公知市面上的搅拌摩擦焊用机头大多数只能焊接一些结构形状相比较简单一些的工件，但一些特殊的曲面焊接件就不是搅拌摩擦焊用机头所能够焊接的。而在针对大型曲面工件的拼焊时，采用市面上的搅拌摩擦焊用机头进行焊接加工，会出现拼接错隙、工件表面不平整等问题导致搅拌头压入工件过深或者过浅，从而直接影响焊缝的焊接质量。

因此，现需提供一种曲面搅拌摩擦焊用的万向机头，使得搅拌摩擦焊接技术可根据结合曲面焊接和万向的特点，适用于曲面焊接工件上，以提高曲面工件的焊接质量。

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，提供一种曲面搅拌摩擦焊用的万向机头及其焊接方法；该万向机头及其焊接方法实用性强、操作简单和灵活多变，可对曲面焊接工件进行全方位焊接，从而不仅提高焊接的效率，而且提高焊接的质量，并大大降低生产加工成本。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种曲面搅拌摩擦焊用的万向机头，用于与摩擦焊接设备连接；其特征在于：包括与摩擦焊接设备连接的支架、架体、用于对曲面搅拌摩擦焊接的搅拌针、第二主轴、用于驱动搅拌针转动的第二搅拌电机、第一搅拌电机、第一主轴、第三搅拌电机、第三主轴和控制器；

所述第二搅拌电机设置在第三主轴上，并通过第二主轴与搅拌针连接；所述第三主轴与架体连接，第三搅拌电机与第三主轴连接，实现第三搅拌电机驱动下第二搅拌电机在垂直方向上转动来带动搅拌针在垂直方向上转动，以调节焊接角度和升降；所述第一搅拌电机设置在支架上，第一主轴一端与第一搅拌电机连接，另一端穿过支架与架体连接，实现第一搅拌电机驱动下架体在水平方向上转动来带动架体上的第三搅拌电机和搅拌针在水平方向上转动，以调节搅拌针在水平面上的焊接位置；

所述控制器分别与第一搅拌电机、第二搅拌电机和第三搅拌电机信号连接。

在上述方案中，采用本发明曲面搅拌摩擦焊用的万向机头，可使得焊接方向灵活多变，实现了曲面结构工件搅拌摩擦焊的全方位焊接，相比市面上的摩擦搅拌机功能更强，应用更加广泛。该万向机头不仅提高焊接的效率，而且提高焊接的质量，并大大降低生产加工成本。

本发明还包括用于检测第一搅拌电机驱动架体水平方向转动速度的第一传感器；所述第一传感器位于架体上，并靠近第一主轴设置；所述第一传感器与控制器信号连接。

本发明还包括用于检测第一搅拌电机驱动架体水平方向转动位置的第二传感器；所述第二传感器位于架体上，并远离第一主轴设置；所述第二传感器与控制器信号连接。