一种多功能搅拌摩擦焊具.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105855691A(43)申请公布日2016.08.17(21)申请号201610440925.7(22)申请日2016.06.20(71)申请人江苏科技大学地址212003江苏省镇江市梦溪路2号(72)发明人宋慧宇高金勇陈书锦张灿尹广哲刘俊峰(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人李晓静(51)Int.Cl.B23K20/12(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种多功能搅拌摩擦焊具(57)摘要本发明公开了一种多功能搅拌摩擦焊具，包括焊具外壳，焊具外壳内依次设有第一支撑架、第二支撑架和第三支撑架，在第一支撑架上安装有主电机，主电机通过扭矩传感器与中心轴连接，中心轴与夹持有搅拌头的旋转夹具固定连接，所述扭矩传感器位于第二支撑架上，在第三支撑架上安装有若干个周向分布的激光测距装置，在第三支撑架上还设有振动传感器，所述第三支撑架与位于下方的焊机机头固定连接，焊机机头内设有一对轴承，轴承套在中心轴上。本发明的一种多功能搅拌摩擦焊具，通过全程监控焊接的扭矩、振动、压入深度以及温度，确保了焊接过程中每一时刻焊接状态的稳定性、安全性。CN105855691ACN105855691A权利要求书1/1页1.一种多功能搅拌摩擦焊具，其特征在于：包括焊具外壳，焊具外壳内依次设有第一支撑架、第二支撑架和第三支撑架，在第一支撑架上安装有主电机，主电机通过扭矩传感器与中心轴连接，中心轴与夹持有搅拌头的旋转夹具固定连接，所述扭矩传感器位于第二支撑架上，在第三支撑架上安装有若干个周向分布的激光测距装置，在第三支撑架上还设有振动传感器，所述第三支撑架与位于下方的焊机机头固定连接，焊机机头内设有一对轴承，轴承套在中心轴上。2.根据权利要求1所述的多功能搅拌摩擦焊具，其特征在于：所述搅拌头内安装有热电偶传感器，热电偶传感器通过导线与套在中心轴上的汇流环连接。3.根据权利要求1所述的多功能搅拌摩擦焊具，其特征在于：所述激光测距装置有四个，四个激光测距装置沿中心轴轴线圆周均布布设，激光测距装置位于第三支撑板的外边缘。4.根据权利要求3所述的多功能搅拌摩擦焊具，其特征在于：四个激光测距装置所测得的距离分别为L1、L2、L3和L4，安装搅拌头时，L1＝L2＝L3＝L4；焊接过程中，丨L1-L3丨/丨L1丨或丨L2-L4丨/丨L2丨的值大于0.05时，搅拌头倾斜，停止焊接。5.根据权利要求1所述的多功能搅拌摩擦焊具，其特征在于：所述振动传感器有两个，两个分别用于检测焊接方向和垂直方向的振动情况的振动传感器沿中心轴对称分布。6.根据权利要求1所述的多功能搅拌摩擦焊具，其特征在于：所述热电偶传感器检测的温度为K，当温度K超过被焊材料塑化温度区间最高温度20℃，降低搅拌头转速并增加焊接速度；当温度K低于被焊材料塑化温度区间最低温度时，焊机控制搅拌头提高转速并减小焊接速度。2CN105855691A说明书1/3页一种多功能搅拌摩擦焊具技术领域[0001]本发明涉及多功能搅拌摩擦焊具，属于焊接领域。背景技术[0002]自英国焊接研究所(TWI)于1991年发明了搅拌摩擦焊接方法以来，这项技术因其焊接变形小、残余应力小，无需保护气体和填充材料，可消除气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷，以及不产生弧光、烟尘、噪音污染等，同时能显著降低成本、节省材料、优化结构、减轻飞行器的结构重量等特点受到各国科研机构的关注。由于这项技术具有很多其他方法所不具备的显著特点，它很快就被用于航天领域，新一代运载火箭芯级贮箱筒段纵缝的焊接就是选用这种方法。尽管利用搅拌摩擦焊接方法可以获得高质量的焊接接头，但是在工程实际操作中，经常会有焊缝缺陷以及焊缝尾部出现“匙孔”。随着焊接技术的辅助手段快速发展，机器人技术发展日趋成熟，但现有搅拌摩擦焊接设备没有测量控制系统，无法对焊接过程的位移、压力、搅拌针扭矩和搅拌摩擦焊焊机振动进行合适的控制与检测；此外目前的搅拌摩擦焊接的装备体积和重量普遍较大，难以直接安装于机器人手臂的末端。[0003]专利(CN102728947A)提出了一个搅拌摩擦焊装置，但没有对如何实时测量搅拌头下压深度以及搅拌头倾角提出具体方法；专利(CN10475965A)提出了一种搅拌摩擦焊接装置，力矩电机定子固定安装在主轴的内孔中，使得整个装置体积偏大，另外对于焊接的过程中对焊接参数的调整没有提出具体的依据。因此设计出一种既具备传统搅拌摩擦头焊接功能，同时能最大程度地避免焊缝隧道缺陷的搅拌头及其使用方法，还可以实时检测客观参数的焊具成为了一个迫在眉睫的重要任务。发明内容[0004]发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多功能搅拌摩擦焊具，通过全程监控焊接的