[发明专利]一种多级浮动式轴肩双驱动搅拌摩擦焊接装置及焊接方法

权利要求书

1.一种多级浮动式轴肩双驱动搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，该焊接装置包括：

整体式单轴肩-搅拌针焊接单元：其为搅拌头，包括搅拌针(20)和搅拌针(20)上端固定的上轴肩(1)，搅拌针(20)的长度覆盖所需焊接的多层板材厚度，并与下轴肩(5)和下驱动机构连接；上轴肩(1)与搅拌针(20)为同轴一体式结构，上轴肩上端与外部驱动源连接，由外部驱动源提供扭矩带动搅拌头旋转，并能根据焊接需要在焊接针轴向方向进行上下移动；

多级双轴肩焊接单元：具有不少于1个的中间轴肩(3)，其固定在搅拌针(20)上且与上轴肩(1)同轴；中间轴肩(3)的上下端面均为工作面，中间轴肩上端面(17)与上一层轴肩下端面构成一对双轴肩进行焊接；中间轴肩下端面(18)与下一层轴肩上端面构成一对双轴肩进行焊接；

下轴肩(5)，其固定在搅拌针(20)上且与上轴肩(1)和中间轴肩(3)同轴；其与最下层的中间轴肩(3)的下端面配合，进行焊接，该下轴肩(5)在搅拌针轴向方向上固定不动；

压力支撑单元：其固定在下轴肩(5)下部，在搅拌针轴向方向上固定不动，为平衡搅拌头轴向下压力提供支撑；

下驱动机构：包括减速单元(11)、以及相配合的齿条(13)和圆柱齿轮(14)，减速单元(11)两端分别连接搅拌针(20)和圆柱齿轮(14)，通过圆柱齿轮(14)的转动带动减速单元(11)及其连接的焊接结构沿齿条(13)移动，齿条(13)的长度方向与焊接方向一致；

所述减速单元(11)包括：蜗轮蜗杆传动部(10)、传动轴I(22)、轴承(23)、锥齿轮传动部(24)、传动轴II(15)、齿条(13)以及圆柱齿轮(14)；蜗轮蜗杆传动部(10)中蜗杆上端通过联轴器(9)与搅拌针(20)的下端连接，传动轴I(22)与蜗杆垂直，蜗轮固定在传动轴I(22)上，蜗轮蜗杆传动部(10)将搅拌针(20)的旋转运动传递到传动轴I(22)，锥齿轮传动部(24)中两锥齿轮分别固定在传动轴I(22)上和传动轴II(15)顶端，传动轴I(22)和传动轴II(15)垂直，传动轴I(22)通过锥齿轮传动部(24)将旋转运动传递到传动轴II(15)，传动轴II(15)带动固定在其下方的圆柱齿轮(14)旋转，圆柱齿轮(14)通过与其配合且长度方向为焊接方向的齿条(13)将旋转运动转换为焊接方向的直线作用。

2.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，搅拌针(20)与板材接触部位周向设有螺纹，并在轴向方向切出三棱面或其他平面部分；

轴肩端面内均设有螺纹内凹陷花纹。

3.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，中间轴肩(3)的厚度与待焊接的多层板材中上下板材之间的间距相关联，中间轴肩(3)的厚度略小于其对应的上下板材之间的间距；

中间轴肩(3)的数量根据被焊接板材的层数进行调整，中间轴肩(3)的数量为N-1，其中N为被焊接板材的层数。

4.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，中间轴肩(3)通过键槽结构I(4)固定在搅拌针(20)上，下轴肩(5)通过键槽结构II(6)固定在搅拌针(20)上，键槽结构I(4)和键槽结构II(6)分别为中间轴肩(3)及下轴肩(5)提供扭矩。

5.根据权利要求4所述的焊接装置，其特征在于，搅拌针(20)上加工有键体或通过开设凹槽固定有键体，中间轴肩(3)和下轴肩(5)的内侧开设对应键体的槽体，键体和槽体构成键槽结构，该键体的轴向长度小于中间轴肩(3)和下轴肩(5)内侧槽体的轴向长度。

6.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，上轴肩(1)、中间轴肩(3)和下轴肩(5)为圆环状，圆环中间套设在搅拌针(20)上；

上轴肩(1)、中间轴肩(3)和下轴肩(5)的直径逐渐减小。

7.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，该焊接装置还包括联轴器(9)，联轴器(9)上端连接搅拌针(20)下端，下端连接减速单元(11)，为搅拌针(20)向减速单元(11)传递扭矩。