[发明专利]压力-位移协同控制静止轴肩搅拌摩擦焊焊接装置及方法

权利要求书

1.一种压力-位移协同控制静止轴肩搅拌摩擦焊焊接装置，其特征在于，包括：

分离式搅拌头，所述分离式搅拌头包括位移控制的搅拌针(2)和恒压力控制的静止轴肩(8)；

主轴套筒(13)；

主轴(12)，所述主轴(12)连接在所述主轴套筒(13)内，所述搅拌针(2)通过刀柄(9)连接在所述主轴(12)的下端；

位移传感器(10)，所述位移传感器(10)安装在所述主轴套筒(13)上并位于所述搅拌针(2)前进方向上，通过所述位移传感器(10)检测焊缝路径前端待焊工件(1)厚度变化实时调整所述搅拌针(2)的轴向位置；

液压系统，所述液压系统包括相互配合的油缸和活塞杆(4)，所述油缸套设在所述主轴套筒(13)的下部外侧；所述静止轴肩(8)连接在所述活塞杆(4)的下端；利用所述液压系统的稳压输出实现焊接过程所述静止轴肩(8)对待焊工件(1)的表面施加恒定压力；

中空型压力传感器(3)，所述中空型压力传感器(3)安装在所述静止轴肩(8)和所述活塞杆(4)之间，通过所述中空型压力传感器(3)实时检测所述活塞杆(4)的压力输出值；以及，

压力-位移控制系统(14)，所述压力-位移控制系统(14)通过所述位移传感器(10)检测焊缝路径前端待焊工件(1)厚度变化实时调整所述主轴(12)的轴向位置，从而调整搅拌针(2)的轴向位置；所述压力-位移控制系统(14)通过所述中空型压力传感器(3)检测到压力变化，控制所述液压系统实时调整所述活塞杆(4)的压力输出，实现焊接过程中所述静止轴肩(8)在待焊工件(1)表面施加恒定压力。

2.根据权利要求1所述的一种压力-位移协同控制静止轴肩搅拌摩擦焊焊接装置，其特征在于，所述主轴(12)通过主轴轴承(11)与所述主轴套筒(13)连接。

3.一种压力-位移协同控制静止轴肩搅拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，采用如权利要求1或2所述的压力-位移协同控制静止轴肩搅拌摩擦焊焊接装置，焊接方法包括以下步骤：

将待焊工件(1)固定在工作台上；

焊接开始前，压力-位移控制系统(14)根据起始点待焊工件(1)的厚度设定搅拌针(2)的扎入深度值，同时，压力-位移控制系统(14)设定静止轴肩(8)的输出压力值，静止轴肩(8)与待焊工件(1)表面紧密接触，对待焊工件(1)的接触面施加恒定的顶锻力；

搅拌针(2)沿焊缝路径实施焊接过程中，待焊工件(1)厚度发生变化，位移传感器(10)在线检测搅拌针(2)前端待焊工件(1)的厚度，并实时将数值传送至压力-位移控制系统(14)，压力-位移控制系统(14)依据待焊工件(1)的厚度变化实时调整搅拌针(2)的轴向位置，实现搅拌针(2)完全扎入待焊工件(1)，得到全焊透焊缝。

4.根据权利要求3所述的一种压力-位移协同控制静止轴肩搅拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，在所述搅拌针(2)沿焊缝路径实施焊接过程中，待焊工件(1)表面的平整度和厚度变化导致静止轴肩(8)施加在待焊工件(1)表面压力变化，中空型压力传感器(3)检测到压力变化，液压系统实时调整活塞杆(4)压力输出，实现焊接过程中静止轴肩(8)在待焊工件(1)表面施加恒定压力。