[发明专利]一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具及方法

说明书

本发明涉及一种搅拌摩擦焊焊具及方法，更具体的说是一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具及方法,包括刀柄、弹性元件和搅拌头，所述刀柄和搅拌头之间设置有多个弹性元件，多个弹性元件之间相互堆放组合；可以利用碟簧组合等负荷大的弹性元件保证足够的焊接压力；通过调整碟簧的直径、叠放方式和个数来调节预期的焊接压力，并使达到焊接压力值时碟簧的压缩变形量较大，从而降低当工件表面高低不平时输出压力的波动幅度；同时利用碟簧组合等机械元件可实时随动、响应速度快的特点，实现轴肩与工件不平表面的紧密接触；搅拌头外部加工有花键，用于传递扭矩。

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦焊焊具及方法，更具体的说是一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具及方法。

背景技术

目前搅拌摩擦焊设备的焊接控制模式主要分为位移控制和压力控制。采用位移控制时，搅拌头只能沿着预定路径行走，不能随着工件表面高低变化而上下协调运动。这导致的结果就是当焊缝较长且表面高度存在变化时，易出现轴肩压入不足导致缺陷的问题，或者出现压入过多导致飞边过大的现象。而目前所采用的压力控制是利用压力传感器，检测焊接过程中的压力变化，然后调整搅拌头的位置，来保证其下压力的稳定性。压力控制能够时刻根据表面高度调整搅拌头位置，保证轴肩压入量的一致性和焊缝表面的稳定性，但是也存在一定的问题。从压力的检测到反馈控制会有一定的延时，在高速焊接时，这种调节的滞后性对焊接的影响较大，容易导致缺陷的产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具及方法，可以通过弹性元件的组合设计，实现在工件表面上下波动2mm范围内情况下，焊接压力基本维持在一个水平，保持焊接压力的稳定性，同时避免了传感器控制的滞后效应，提升压力反馈的实时性。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具，包括刀柄、弹性元件和搅拌头，所述刀柄和搅拌头之间设置有多个弹性元件，多个弹性元件之间相互堆放组合。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具，所述弹性元件为碟簧组合，多个碟簧组合之间相互堆放组合。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具，所述机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具还包括搅拌头套和顶丝螺栓，搅拌头间隙配合在搅拌头套内，搅拌头套间隙配合在刀柄下端的内侧，刀柄上通过螺纹连接有顶丝螺栓，顶丝螺栓的内端顶在搅拌头套上。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具，所述搅拌头还包括搅拌头主体、限位台阶、碟簧限位筒和花键，搅拌头主体的上端固定连接有限位台阶，限位台阶的上端固定连接有碟簧限位筒，搅拌头主体的外侧固定连接有花键，搅拌头主体间隙配合在搅拌头套内，花键间隙配合在搅拌头套内，多个碟簧组合均位于刀柄和碟簧限位筒之间。

一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具的方法包括以下步骤：

步骤一：刀柄旋转通过顶丝螺栓的定位带动搅拌头套高速转动，搅拌头套通过花键将扭矩传递给搅拌头，使搅拌头同步高速旋转；

步骤二：搅拌头旋转扎入表面不平的工件中，直至达到预定位置；此时，碟簧组合被压缩，并为搅拌头施加焊接压力，通过选择不同的碟簧组合直径、数量和叠放方式，保证输出足够的焊接压力，同时碟簧组合产生较大的压缩变形量ΔL；

步骤三：搅拌头向前进行焊接，焊接工件表面高低不平与起焊位置的高度差为±ΔH，碟簧组合的压缩变形量跟随运动变化量为±ΔH，其中通过碟簧组合的设计保证ΔH/ΔL的比值不超过10％，以基本保证焊接压力的稳定性。

本发明一种机械方法实现压力控制的搅拌摩擦焊焊具及方法的有益效果为：