一種用于空間焊接的浮動雙軸肩攪拌摩擦焊接工具及方法與流程

本發(fā)明涉及攪拌摩擦焊接設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種用于空間焊接的浮動雙軸肩攪拌摩擦焊接工具及方法。

背景技術(shù)：

攪拌摩擦焊是一種固相連接技術(shù)，具有焊接質(zhì)量高，焊接變形小，無環(huán)境污染等顯著優(yōu)勢，該技術(shù)被認為是鋁合金等低熔點金屬的首選焊接技術(shù)。但由于常規(guī)單軸肩攪拌摩擦焊需要采用背部墊板對被焊工件進行剛性支撐，因此無法實現(xiàn)中空部件的焊接。為解決該問題，雙軸肩攪拌摩擦焊采用上、下兩個軸肩進行焊接，其中，下軸肩代替背部墊板對被焊工件進行隨焊支撐，從而可對中空部件實現(xiàn)焊接。同時，為適應(yīng)被焊工件空間位置的波動，開發(fā)了浮動式雙軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)。該技術(shù)將攪拌頭和套筒采用浮動設(shè)計，從而使攪拌頭在垂直工件表面的方向可隨工件空間位置的波動而變化。

然而，現(xiàn)有的浮動式雙軸肩攪拌摩擦焊接技術(shù)還存在一些亟待解決的問題：（1）現(xiàn)有技術(shù)的攪拌頭與套筒采用鍵與鍵槽配合，如公告號為CN204621349U的中國專利公開的一種浮動式雙軸肩攪拌摩擦焊接工具，攪拌摩擦焊過程中攪拌頭承受很大的扭矩，造成鍵和鍵槽的接觸面產(chǎn)生較大的摩擦力，阻礙了鍵與鍵槽的相對滑動，進而導(dǎo)致無法實現(xiàn)浮動式焊接；（2）現(xiàn)有技術(shù)在進行空間全位置焊接時還存在一定困難，例如在進行橫焊或立焊時，攪拌頭、鍵及鍵槽平行于地面，攪拌頭切入被焊工件前，其在平行于地面方向的位置處于自由滑動狀態(tài)而無法進行定位，對后續(xù)的攪拌頭精確的切入工件進行焊接造成困難；而在進行平焊或仰焊時，攪拌頭、鍵與鍵槽垂直于地面，由于重力作用，攪拌頭在切入被焊工件前將自由向下滑落至鍵槽行程的下止點甚至脫落，導(dǎo)致攪拌頭切入被焊工件后無法繼續(xù)向下浮動甚至無法進行焊接。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造容易、使用效果好，能夠有效地實現(xiàn)浮動式焊接及空間全位置焊接的浮動式雙軸肩攪拌摩擦焊接工具及其焊接方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明所述的用于空間焊接的浮動雙軸肩攪拌摩擦焊接工具，其特點是：包括攪拌頭及可活動地套接在攪拌頭的連接軸上且其內(nèi)徑與攪拌頭的連接軸的外徑相同的套筒，所述攪拌頭的連接軸上沿軸向間隔地設(shè)置有至少二個滾動軸承，且所述各滾動軸承各通過一鎖緊螺栓與攪拌頭的連接軸相連接，所述套筒的側(cè)壁上沿軸向開設(shè)有與滾動軸承間隙配合連接且其寬度與滾動軸承的直徑相同的U形槽，所述U形槽的長度L2大于滾動軸承的定位距離L1，且所述套筒的頂部中心可活動地穿置有與攪拌頭的連接軸螺紋連接的調(diào)節(jié)螺栓，所述調(diào)節(jié)螺栓上套接有第一限位彈簧和第二限位彈簧，所述第一限位彈簧位于套筒內(nèi)并置于攪拌頭的連接軸的頂面上，所述第二限位彈簧位于套筒外并置于套筒的頂面與調(diào)節(jié)螺栓的螺栓帽之間，通過擰動所述調(diào)節(jié)螺栓使攪拌頭的連接軸與套筒的相對位置發(fā)生變化而實現(xiàn)第一限位彈簧和第二限位彈簧的壓緊程度的調(diào)節(jié)，且使用時通過所述套筒與攪拌摩擦焊機的主軸連接而實現(xiàn)焊接工具的整體旋轉(zhuǎn)。

為了便于滾動軸承的安裝放置及轉(zhuǎn)動可靠，所述攪拌頭的連接軸上沿軸向設(shè)置有平臺，所述的至少二個滾動軸承位于該平臺上且沿平臺的長度方向呈中心對稱分布。

為了使本發(fā)明具有最佳的使用效果，所述滾動軸承等間隔地設(shè)置有五個。

本發(fā)明所述的用于空間焊接的浮動雙軸肩攪拌摩擦焊接工具的焊接方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、確定焊接工具尺寸：根據(jù)被焊工件表面位置在厚度方向的最大波動距離D，確定U形槽的長度L2，保證U形槽的長度L2大于滾動軸承的定位距離L1與被焊工件的最大波動距離D之和；

步驟二、選擇彈簧：根據(jù)攪拌頭、滾動軸承及鎖緊螺栓的總重量G，選擇第一限位彈簧與第二限位彈簧，使第一限位彈簧的極限載荷F1與第二限位彈簧的極限載荷F2均大于G；

步驟三、調(diào)節(jié)焊接工具的初始相對位置：進行焊接前，將焊接工具調(diào)整至焊接姿態(tài)，并通過調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)攪拌頭的連接軸與套筒的相對位置，從而調(diào)節(jié)第一限位彈簧與第二限位彈簧的壓緊狀態(tài)，使二者彈力與攪拌頭的自身重力相平衡，并使?jié)L動軸承沿U形槽的長度方向呈中心對稱分布；

步驟四、進行焊接：啟動攪拌摩擦焊機的主軸，使焊接工具跟隨主軸整體旋轉(zhuǎn)的同時，將其平移以切入被焊工件的對接處進行焊接。

進一步地，上述步驟一中，U形槽的長度L2等于滾動軸承的定位距離L1與二倍的被焊工件的最大波動距離D之和，即L2=L1+2D。

進一步地，上述步驟二中，第一限位彈簧的極限載荷F1與第二限位彈簧的極限載荷F2均等于2倍的G。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明采用了滾動軸承與U形槽滾動摩擦的結(jié)構(gòu)形式，相比于鍵與鍵槽之間的滑動摩擦，其摩擦力顯著降低，從而有利于攪拌頭與套筒的相對滑動，有效地實現(xiàn)了雙軸肩攪拌摩擦焊的浮動式焊接；

2、本發(fā)明通過兩根限位彈簧消除攪拌頭的重力影響，在攪拌頭任意姿態(tài)下可通過彈簧的彈力與攪拌頭重力相平衡，實現(xiàn)固定攪拌頭與套筒的相對位置，并使攪拌頭位于浮動行程的中心，這樣不僅便于攪拌頭精確的切入被焊工件，同時保證攪拌頭最大程度地適應(yīng)被焊工件的位置波動，從而有利于實現(xiàn)空間全位置焊接。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明焊接工具的分解結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明焊接工具的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2在A-A方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1-圖3所示，本發(fā)明所述的用于空間焊接的浮動雙軸肩攪拌摩擦焊接工具，包括具有一體成型的連接軸11的攪拌頭1及可活動地套接在攪拌頭1的連接軸11上且其內(nèi)徑與攪拌頭1的連接軸11的外徑相同的套筒2，其中所述攪拌頭1的連接軸11上沿軸向間隔地設(shè)置有至少二個滾動軸承3，在本實施方式中，所述滾動軸承3沿軸向等間隔地設(shè)置有五個，而且所述攪拌頭1的連接軸11上沿軸向設(shè)置有平臺12，所述的五個滾動軸承3位于該平臺12上且沿平臺12的長度方向呈中心對稱分布，并且在平臺12上設(shè)置有與滾動軸承3數(shù)量相同的螺紋連接孔13，所述的五個滾動軸承3分別通過鎖緊螺栓4與平臺12上的螺紋連接孔13一一對應(yīng)連接而實現(xiàn)與攪拌頭1的連接軸11相連接。此外，滾動軸承3也可以根據(jù)實際的使用情況設(shè)置為二個或三個或四個或六個或其它個數(shù)。

同時，所述套筒2的側(cè)壁上沿軸向開設(shè)有與滾動軸承3間隙配合連接且其寬度與滾動軸承3的直徑相同的U形槽21，如圖所示，所述U形槽21為長條形的兩端呈U形的凹槽，且所述U形槽21的長度L2大于滾動軸承3的定位距離L1。同時，所述套筒2的頂部中心開設(shè)有通孔22，在該通孔22內(nèi)可活動地穿置有調(diào)節(jié)螺栓8，而且所述攪拌頭1的連接軸11的頂部中心開設(shè)有螺紋孔14，所述調(diào)節(jié)螺栓8插入套筒2內(nèi)的一端與該螺紋孔14螺紋連接。

同時，所述調(diào)節(jié)螺栓8上套接有第一限位彈簧5和第二限位彈簧6，所述第一限位彈簧5位于套筒2內(nèi)并置于攪拌頭1的連接軸11的頂面上，所述第二限位彈簧6位于套筒2外并置于套筒2的頂面與調(diào)節(jié)螺栓8的螺栓帽之間，在本實施方式中，所述調(diào)節(jié)螺栓8上套接有位于螺栓帽內(nèi)側(cè)面處的墊片7，此時，第二限位彈簧6是位于套筒2的頂面與墊片7之間。焊接時，通過擰動所述調(diào)節(jié)螺栓8使攪拌頭1的連接軸11與套筒2的相對位置發(fā)生變化而實現(xiàn)第一限位彈簧5和第二限位彈簧6的壓緊程度的調(diào)節(jié)。

而且，使用時，焊接工具是通過所述套筒2與攪拌摩擦焊機的主軸相連接，從而使焊接工具隨攪拌摩擦焊機的主軸整體旋轉(zhuǎn)。

利用上述結(jié)構(gòu)的焊接工具進行焊接的方法，包括以下步驟：

步驟一、確定焊接工具尺寸：根據(jù)被焊工件表面位置在厚度方向的最大波動距離D，確定U形槽21的長度L2，保證U形槽21的長度L2大于滾動軸承3的定位距離L1與被焊工件的最大波動距離D之和；具體地，在本實施方式中，U形槽21的長度L2等于滾動軸承3的定位距離L1與二倍的被焊工件的最大波動距離D之和，即L2=L1+2D；

步驟二、選擇彈簧：根據(jù)攪拌頭1、滾動軸承3及鎖緊螺栓4的總重量G，選擇第一限位彈簧5與第二限位彈簧6，使第一限位彈簧5的極限載荷F1與第二限位彈簧6的極限載荷F2均大于G；具體地，在本實施方式中，第一限位彈簧5的極限載荷F1與第二限位彈簧6的極限載荷F2均等于2倍的G；

步驟三、調(diào)節(jié)焊接工具的初始相對位置：進行焊接前，將焊接工具調(diào)整至焊接姿態(tài)，并通過調(diào)節(jié)螺栓8調(diào)節(jié)攪拌頭1的連接軸11與套筒2的相對位置，從而調(diào)節(jié)第一限位彈簧5與第二限位彈簧6的壓緊狀態(tài)，使二者彈力與攪拌頭1的自身重力相平衡，并使?jié)L動軸承3沿U形槽21的長度方向呈中心對稱分布；

步驟四、進行焊接：啟動攪拌摩擦焊機的主軸，使焊接工具跟隨主軸整體旋轉(zhuǎn)的同時，將其平移以切入被焊工件的對接處進行焊接。

本發(fā)明是通過實施例來描述的，但并不對本發(fā)明構(gòu)成限制，參照本發(fā)明的描述，所公開的實施例的其他變化，如對于本領(lǐng)域的專業(yè)人士是容易想到的，這樣的變化應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍之內(nèi)。