[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

说明书

本发明提供了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，属于焊接领域，旨在同时实现2层板材及以上的结构同时双面焊接。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)；多级双轴肩焊接单元：具有不少于1个中间轴肩(3)；下轴肩(5)；压力支撑单元；以及下驱动机构。本发明利用浮动中间轴肩同时实现多层板材的双轴肩焊接，且利用外部驱动源扭矩实现了下部的焊接方向驱动，与上部搅拌头一起构成双侧驱动，避免了搅拌头长度增加、焊接板材数量增加带来的偏扭过大问题，可以实现长距离多层薄板的同时焊接。

技术领域

本发明属于焊接领域，涉及一种焊接装置，具体涉及一种能够同时实现多层平行板材，特别是板材之间间距较小的多层平行板材焊接的搅拌摩擦焊装置及焊接方法。

背景技术

在铝合金加工领域，铝型材被广泛采用。其中挤压多层中空带筋型材由于具有轻质、高刚度特征，被广泛用于汽车、轨道车辆、船舶等领域，典型的如双层挤压中空型材，单层板材壁厚2mm左右，上下板间距20mm左右。基于材料应用的广泛性，对该类结构材料的高可靠焊接制造技术提出了迫切需求。对于该类结构的焊接，传统的电弧熔化焊接方式仅仅能够实施双层结构的焊接，而弧焊方式存在接头强度系数低、焊接变形量大等问题；对于双层结构以上的结构由于中间层结构限制焊枪可达性，则无法焊接。

搅拌摩擦焊技术具有固态连接的特点，焊接过程材料不熔化，在接头强度、变形与残余应力、效率等方面具有显著优势。但传统的搅拌摩擦焊技术难以实现此类结构的焊接，特别是2层以上平行板材的同时焊接这是由于传统搅拌摩擦焊必须实施接头背面刚性支撑，以平衡焊接顶锻力，而该类结构具有深窄空腔的特征，无法实施在深窄空腔内部进行工装支撑；传统的双轴肩焊接可以实现单层板的背部自支撑焊接，但其仅仅能够实施单块板材的焊接，无法实现多层板同时焊接，这种焊接方式对于三层及以上结构同样无法实施焊接；此外，单块板材焊接也存在效率不高、制造成本及周期过大等问题。

为解决类似该类结构的搅拌摩擦焊实现难题，本领域人员提出了一种用于同时对部件间的多平行壁进行搅拌摩擦焊的多轴肩固定线轴式搅拌头及焊接方法，该搅拌头是通过在一个固定杆上同时安装多个轴肩来适应多层板材的同时焊接，类似于多个固定双轴肩的焊接装置和方法。该方法可以解决多层板材之间间距较大的中空箱式构件焊接，但对于板间距离较小，无法采用传统双轴肩焊接的情况并不适用；此外，该方法采用固定轴肩，在轴向方向上难以根据板材情况进行适应性的下压量和顶锻力调控，焊接适应性不足；另外，对于长距离板材的焊接，焊接装备无法通过工件移动来进行焊接的情况，该方法无法实现。对于在传统双轴肩焊接的基础上增加中间轴肩的焊接方式，则存在由于搅拌针长度增加，而下部自由，会导致偏扭过大引起搅拌针断裂或者焊接卡滞的情况。

因而，有必要提供一种新型搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法，解决板材之间间距较小的多层平行板材焊接时多级轴肩或双轴肩搅拌摩擦焊的至少一个相关技术问题，如焊接适应性不足、搅拌针断裂或者焊接卡滞等。

发明内容

针对传统双轴肩搅拌摩擦焊技术及多级轴肩搅拌摩擦焊技术的上述不足，本发明人进行了锐意研究，提出了一种针对深窄空腔间隙的多层平行板的高可靠焊接装置和焊接方法，该焊接装置和焊接方法具有整体式搅拌头焊接、浮动式双轴肩焊接的优势，并采用了同一驱动源上下同时驱动的方式，解决了多层小间隙中空铝型材的焊接难题，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下技术方案：

第一方面，提供一种多级浮动式轴肩双驱动搅拌摩擦焊接装置，其中，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，包括搅拌针和搅拌针上端固定的上轴肩，搅拌针的长度覆盖所需焊接的多层板材厚度，并与下轴肩和下驱动机构连接；上轴肩与搅拌针为同轴一体式结构，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；