本发明属于镁合金搅拌摩擦焊，具体涉及一种基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊方法及装置。
背景技术：
1、搅拌摩擦焊属于新兴起的固相焊接技术，焊接过程中，将搅拌头按一定的旋转速度缓慢扎入待焊工件，搅拌头和工件之间产生摩擦热和材料塑性变形热，使搅拌头邻近区域的材料受热变软从而热塑化，当搅拌头受到驱动沿着待焊接面向前移动时，热塑化材料有规律向后堆积，在搅拌头轴肩的锻造作用下，工件之间形成有效的固相连接。搅拌摩擦焊凭借焊后应力变形小和焊件力学性能优异等诸多优点，逐渐发展成为镁合金焊接的优先焊接方式，且因其高的焊接效率，特别适合于长焊缝的焊接。
2、使用搅拌摩擦焊接技术焊接镁合金的长焊缝时，存在以下问题：
3、1、较长的焊缝意味着更长时间的焊接过程，这会使得长焊缝更容易产生热量的累积；
4、2、镁合金的化学性质活泼，容易受到热输入变化的影响，从而产生晶粒长大的现象，使得起始端焊缝与结束端焊缝组织尺寸有一定的大小差别，进而造成整体焊接接头性能下降的情况。
5、因此，亟需提出一种减少长焊缝前后热输入温差的方法及装置，以解决上述技术问题。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊方法及装置，本发明可实现焊缝组织均匀化，可提高接头整体的力学性能，解决了现有技术中较长镁合金搅拌摩擦焊焊缝产生热量积累导致前后焊缝组织尺寸不一致使得焊接接头质量差的问题。
2、本方案是通过如下技术措施来实现的：一种基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊方法，它包括如下步骤：
3、s1：本体搅拌头旋转并插入两个待焊工件中，工件结合面附近的材料在轴肩和本体搅拌头中搅拌针的搅拌作用下发生塑性变形，产热开始，并形成搅拌区；
4、s2：红外测温仪与本体搅拌头沿焊接方向同步行进，随着热量的累积，焊缝表面的温度数据实时传输到温度传感器，温度传感器将温度数据实时传输到控制器；
5、s3：温度传感器反馈的温度数值达到控制器预先设定的温度范围后，控制器启动，控制器先对外层升降装置发出指令并使外层升降装置启动，外层环形叉随外层升降装置启动将外层套环升起，实现热输入的控制；
6、s4：重复步骤s3，每当温度传感器反馈的温度数值达到控制器预先设定的温度范围后，当时处于最外侧的中层套环或内层套环上升一层，直至焊接结束，得到完整的焊接接头，对焊接过程中挤出的焊缝金属进行清理。
7、优选的，焊接参数为：搅拌摩擦焊机的主轴旋转速度为300-2500r/min，搅拌摩擦焊机的主轴行进速度为40-200mm/min，本体搅拌头的倾角为1-3°。
8、本发明还提供了一种用于上述基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊方法的基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊装置，它包括
9、搅拌摩擦装置，用于搅拌两个待焊镁合金板材结合面附近的材料，使材料在搅拌作用下发生塑性变形；
10、测温控制装置，用于检测焊缝表面的温度，实施搅拌摩擦装置的轴肩变化调节。
11、优选的，所述搅拌摩擦装置包括旋转体和非旋转体；
12、所述旋转体包括本体搅拌头和其外侧自内向外依次套装的内层套环、中层套环和外层套环，所述内层套环、中层套环和外层套环的外壁分别套装固定有能承受一定径向力的内层轴承、中层轴承和外层轴承，所述本体搅拌头的侧壁上沿其轴向固定有三段式阶梯导向键，所述内层套环、中层套环和外层套环上分别开设有与三段式阶梯导向键中的相应段配合的键槽；
13、所述非旋转体包括壳体、内层升降装置、中层升降装置和外层升降装置，所述内层升降装置、中层升降装置和外层升降装置分别包括由动力装置驱动的丝杆，所述内层升降装置、中层升降装置和外层升降装置的丝杆下端分别与内层环形叉、中层环形叉和外层环形叉的一端螺纹连接，所述内层环形叉、中层环形叉和外层环形叉的另一端分别与内层轴承、中层轴承和外层轴承的外侧固连；
14、当外层升降装置启动，外层升降装置的丝杆带动外层环形叉移动，外层环形叉带动外层轴承和外层套环移动，实现外层套环的升起；
15、当中层升降装置启动，中层升降装置的丝杆带动中层环形叉移动，中层环形叉带动中层轴承和中层套环移动，实现中层套环的升起；
16、当内层升降装置启动，内层升降装置的丝杆带动内层环形叉移动，内层环形叉带动内层轴承和内层套环移动，实现内层套环的升起。
17、优选的，所述内层套环与本体搅拌头之间、中层套环与内层套环之间以及外层套环与中层套环之间均留有间隙。
18、优选的，所述本体搅拌头的轴肩直径大于或等于镁合金板厚度的1.5倍，所述旋转体的最大轴肩直径为镁合金板厚度的2-3倍、为搅拌针根部直径的2.5-3倍。
19、优选的，所述旋转体的轴肩与搅拌针的端面为内凹面，且内凹面的凹度为7-9°。
20、优选的，所述三段式阶梯导向键的三段外侧与相应的键槽外侧平齐或低于相应键槽的外侧。
21、优选的，所述测温控制装置包括控制器及与其电性连接的红外测测温仪和温度传感器；
22、所述红外测温仪安装在壳体外壁下端处，红外测温仪用于测量焊缝表面的温度；
23、温度传感器用于显示焊缝表面的温度数据并将数据发送至控制器，控制器据此控制内层升降装置、中层升降装置和外层升降装置实施轴肩变化调节。
24、优选的，所述壳体上端固连有法兰盘，所述法兰盘与搅拌摩擦焊机的主轴根部周围通过螺栓固定连接；
25、所述旋转体、外层环形叉、中层环形叉和内层环形叉的材质为模具钢，所述内层轴承、中层轴承和外层轴承的材质为轴承钢。
26、本发明的有益效果：
27、1、本发明中通过采用具有套环组合式结构（包括内层套环、中层套环和外层套环）的搅拌摩擦装置，可通过改变位于最外侧的套环的位置，进而改变整体轴肩直径，延长了搅拌摩擦装置的使用寿命，也使得焊接热输入调控更加灵活，一定程度地解决了镁合金焊缝组织易受热量累积影响造成结束位置组织比起始位置组织大的现象；
28、2、本发明通过非旋转体的丝杆升降装置（包括内层升降装置、中层升降装置和外层升降装置）与测温控制装置的搭配，实现在焊接过程中轴肩直径改变的效果，以机械的方式减少焊接过程中的热输入，提高了接头的整体力学性能。
29、由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
1.一种基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊方法，其特征是，它包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊方法，其特征是，焊接参数为：搅拌摩擦焊机的主轴旋转速度为300-2500r/min，搅拌摩擦焊机的主轴行进速度为40-200mm/min，本体搅拌头的倾角为1-3°。
3.一种用于权利要求1或2所述基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊方法的基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊装置，其特征是，它包括
4.根据权利要求3所述的基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊装置，其特征是，所述搅拌摩擦装置包括旋转体和非旋转体；
5.根据权利要求4所述的基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊装置，其特征是，所述内层套环与本体搅拌头之间、中层套环与内层套环之间以及外层套环与中层套环之间均留有间隙。
6.根据权利要求5所述的基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊装置，其特征是，所述本体搅拌头的轴肩直径大于或等于镁合金板厚度的1.5倍，所述旋转体的最大轴肩直径为镁合金板厚度的2-3倍、为搅拌针根部直径的2.5-3倍。
7.根据权利要求6所述的基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊装置，其特征是，所述旋转体的轴肩与搅拌针的端面为内凹面，且内凹面的凹度为7-9°。
8.根据权利要求7所述的基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊装置，其特征是，所述三段式阶梯导向键的三段外侧与相应的键槽外侧平齐或低于相应键槽的外侧。
9.根据权利要求8所述的基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊装置，其特征是，所述测温控制装置包括控制器及与其电性连接的红外测测温仪和温度传感器；
10.根据权利要求9所述的基于可变轴肩的镁合金搅拌摩擦焊装置，其特征是，所述壳体上端固连有法兰盘，所述法兰盘与搅拌摩擦焊机的主轴根部周围通过螺栓固定连接；
