[发明专利]一种降噪式轴向压力自适应搅拌摩擦焊接方法及装置

权利要求书

1.一种降噪式轴向压力自适应搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述焊接方法包括如下步骤：

（1）组装焊接工具；

所述焊接工具包括夹持柄（1）、弹簧（2）、中间件（3）、圆柱销（4）、轴肩（5）、顶针（6）、圆锥面（7）、激光位置传感器（8），

所述夹持柄（1）包括弹簧定位槽 （1-1）、定位孔（1-2）和预留螺孔（1-3），定位孔（1-2）直径略大于圆柱销（4）的直径；

所述弹簧（2）的直径与弹簧定位槽 （1-1）的直径相同，且所述弹簧（2）的直径略大于中间件（3）上端外径；

所述中间件（3）包括中心通孔（3-1）、对称连接孔（3-2），所述中心通孔（3-1）的直径略大于所述夹持柄（1）的底部直径；

所述轴肩（5）包括中心孔（5-1）、定位槽（5-2）和带针轴肩（5-3）；所述中心孔（5-1）的直径与所述中间件（3）的中心通孔（3-1）的直径相同，所述带针轴肩（5-3）与所述中间件（3）的对称连接孔（3-2）的位置相对应，所述带针轴肩（5-3）通过螺栓螺纹孔与所述中间件（3）紧密固定在一起；

所述圆柱销（4）的直径略小于定位孔（1-2）的直径，所述圆柱销（4）的长度略小于所述轴肩（5）的定位槽（5-2）的直径；

所述夹持柄（1）的下部分为芯轴，所述夹持柄（1）与所述芯轴为一体的，所述弹簧（2）穿进圆锥面（7），所述弹簧（2）与所述圆锥面（7）同心后，一起处于所述中间件（3）与所述夹持柄（1）之间，所述轴肩（5）与所述中间件（3）通过螺栓连接，所述圆柱销（4）横向穿过芯轴上的定位孔（1-2）后，与所述轴肩（5）上的定位槽（5-2）配合，激光位置传感器（8）与所述圆锥面（7）垂直设置，使激光入射线与圆锥面中心轴在同一平面上且激光源相对于芯轴的位置不变；

（2）将被焊材料固定在工作台上，利用夹持柄在焊机的机头上安装已经组装完成的焊接工具即搅拌摩擦头；

（3）启动焊机，搅拌摩擦头开始旋转；

（4）焊机的机头向下压，直至搅拌摩擦头接触被焊材料；

（5）焊机的机头继续下降，使弹簧产生压缩后，记录此时圆锥面与激光位置传感器（8）的垂直距离L0，焊接开始，弹簧的给定压缩量h0；

（6）焊接过程中当圆锥面与激光位置传感器的垂直距离L发生变化时，记为δL=L0-L；当轴肩沿着夹持柄下部的芯轴发生位移时，则此时名义压缩量为轴肩相对芯轴的位移量即δh=δL/cos(α)=（L0-L）/cos(α)，α角为圆锥面与底面的夹角；弹簧压缩量D=h0+δh，且与δL存在一一对应关系，设定名义压缩量的稳定区间，当名义压缩量的绝对值在该区间内变化时，定义名义压缩量为零；当名义压缩量高于该区间时，定义名义压缩量为正；当名义压缩量低于该区间时，定义名义压缩量为负，当名义压缩量及其导数为正时，减小焊接速度；当名义压缩量和导数均为负时，提升搅拌头并增加焊接速度；名义压缩量正、导数为负或当名义压缩量为负、导数为正时，保持焊接速度不变；当名义压缩量为零，保持焊接速度不变，名义压缩量为轴肩相对芯轴的位移量；

（7）当搅拌摩擦头相对被焊材料到达预定焊缝尾部时，焊接结束。

2.根据权利要求1所述一种降噪式轴向压力自适应搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：在所述步骤（1）中，焊接工具的组装包括如下步骤：

1）将弹簧（2）从下至上套入夹持柄（1）；

2）将圆锥面（7）、中间件（3）从下至上套入夹持柄（1）；

3）推动中间件（3），使弹簧（2）压紧至露出定位孔（1-2），同时使弹簧（2）存在预先压缩量D0后，将圆柱销（4）插入定位孔（1-2），从而阻止中间件（3）沿芯轴被弹出；

4）将轴肩（5）由下至上套入夹持柄（1）下方的芯轴，调整中间件（3）与轴肩（5）相对位置，使对称连接孔（3-2）与轴肩（5）上的螺纹孔对齐，并用螺栓连接；

5）安装激光位置传感器，为了能够计算轴肩相对芯轴的位移量，首先确认圆锥面与底面的夹角α，然后使激光入射线与圆锥面中心轴在一个平面上、且激光源相对于芯轴的位置不变。