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(dòng)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(rèn)為是鋁合金等低熔點(diǎn)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(jìn)行剛性支撐，因此無法實(shí)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(gè)軸肩進(jìn)行焊接，其中，下軸肩代替背部墊板對被焊工件進(jìn)行隨焊支撐，從而可對中空部件實(shí)現(xiàn)焊接。同時(shí)，為適應(yīng)被焊工件空間位置的波動(dòng)，開發(fā)了浮動(dòng)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(dòng)設(shè)計(jì)，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(dòng)而變化。

然而，現(xiàn)有的浮動(dòng)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(dòng)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(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)式焊接；（2）現(xiàn)有技術(shù)在進(jìn)行空間全位置焊接時(shí)還存在一定困難，例如在進(jìn)行橫焊或立焊時(shí)，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(dòng)狀態(tài)而無法進(jìn)行定位，對后續(xù)的攪拌頭精確的切入工件進(jìn)行焊接造成困難；而在進(jìn)行平焊或仰焊時(shí)，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(diǎn)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(dòng)甚至無法進(jìn)行焊接。

技術(shù)實(shí)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(shí)現(xiàn)浮動(dòng)式焊接及空間全位置焊接的浮動(dòng)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(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明所述的用于空間焊接的浮動(dòng)雙軸肩攪拌摩擦焊接工具，其特點(diǎn)是：包括攪拌頭及可活動(dòng)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(gè)滾動(dòng)軸承，且所述各滾動(dòng)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(dòng)軸承間隙配合連接且其寬度與滾動(dòng)軸承的直徑相同的U形槽，所述U形槽的長度L2大于滾動(dòng)軸承的定位距離L1，且所述套筒的頂部中心可活動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)通過所述套筒與攪拌摩擦焊機(jī)的主軸連接而實(shí)現(xiàn)焊接工具的整體旋轉(zhuǎn)。

為了便于滾動(dòng)軸承的安裝放置及轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)滾動(dòng)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(dòng)軸承等間隔地設(shè)置有五個(gè)。

本發(fā)明所述的用于空間焊接的浮動(dòng)雙軸肩攪拌摩擦焊接工具的焊接方法，其特點(diǎn)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(dòng)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(dòng)軸承的定位距離L1與被焊工件的最大波動(dòng)距離D之和；

步驟二、選擇彈簧：根據(jù)攪拌頭、滾動(dòng)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(jìn)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(dòng)軸承沿U形槽的長度方向呈中心對稱分布；

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

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

進(jìn)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(diǎn)：

1、本發(fā)明采用了滾動(dòng)軸承與U形槽滾動(dòng)摩擦的結(jié)構(gòu)形式，相比于鍵與鍵槽之間的滑動(dòng)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(dòng)，有效地實(shí)現(xiàn)了雙軸肩攪拌摩擦焊的浮動(dòng)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(shí)現(xiàn)固定攪拌頭與套筒的相對位置，并使攪拌頭位于浮動(dòng)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(shí)保證攪拌頭最大程度地適應(yīng)被焊工件的位置波動(dòng)，從而有利于實(shí)現(xiàn)空間全位置焊接。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(gè)滾動(dòng)軸承3，在本實(shí)施方式中，所述滾動(dòng)軸承3沿軸向等間隔地設(shè)置有五個(gè)，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(gè)滾動(dòng)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(dòng)軸承3數(shù)量相同的螺紋連接孔13，所述的五個(gè)滾動(dòng)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(shí)現(xiàn)與攪拌頭1的連接軸11相連接。此外，滾動(dòng)軸承3也可以根據(jù)實(shí)際的使用情況設(shè)置為二個(gè)或三個(gè)或四個(gè)或六個(gè)或其它個(gè)數(shù)。

同時(shí)，所述套筒2的側(cè)壁上沿軸向開設(shè)有與滾動(dòng)軸承3間隙配合連接且其寬度與滾動(dòng)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(dòng)軸承3的定位距離L1。同時(shí)，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(dòng)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(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)，通過擰動(dòng)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(shí)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(shí)，焊接工具是通過所述套筒2與攪拌摩擦焊機(jī)的主軸相連接，從而使焊接工具隨攪拌摩擦焊機(jī)的主軸整體旋轉(zhuǎn)。

利用上述結(jié)構(gòu)的焊接工具進(jìn)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(dòng)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(dòng)軸承3的定位距離L1與被焊工件的最大波動(dòng)距離D之和；具體地，在本實(shí)施方式中，U形槽21的長度L2等于滾動(dòng)軸承3的定位距離L1與二倍的被焊工件的最大波動(dòng)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(dòng)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(shí)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(jìn)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(dòng)軸承3沿U形槽21的長度方向呈中心對稱分布；

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

本發(fā)明是通過實(shí)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(shí)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)。