本发明设计焊接领域，具体为一种铝合金厚板自适应自支撑搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法。
背景技术：
搅拌摩擦焊是英国焊接研究所于1991年发明的一种新型固相连接技术，具有制造成本低、连接质量高、无污染等诸多优势，该项技术的出现，为铝合金焊接提供了一条新的技术途径，目前，搅拌摩擦焊技术已经被广泛的应用在汽车、船舶、航空航天领域。
随着焊接结构的大型化，厚板铝合金焊接结构的应用越来越广泛，单轴肩搅拌摩擦焊对厚板焊接，焊接温度梯度大，焊缝区组织形态与性能差异比较大，焊缝根部焊接效果不佳，易存在未焊透及吻接等缺陷；而传统固定式双轴肩搅拌摩擦焊虽然可弥补单轴肩搅拌摩擦焊技术的不足，但搅拌头轴向刚性固定，对于表面不平整工件的适应性差，容易产生飞边、焊缝过分剪薄等焊接缺陷，工程实际应用的可行度不高，并且双轴肩搅拌摩擦焊搅拌工具与主机头刀柄固定连接，机头震动会对双轴肩搅拌头冲击进而产生不利影响，尤其是厚板焊接，载荷大，震动强烈，搅拌头使用寿命低。目前工业生产中往往采用单轴肩双面焊接方法，然而双面焊接耗费周期提升一倍，严重限制了搅拌摩擦焊技术生产效率，限制了搅拌摩擦焊技术的进一步发展。
技术实现要素：
本发明针对铝合金厚板的搅拌摩擦焊接问题，提供了一种铝合金厚板自适应自支撑搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法。
本发明时通过以下技术方案实现的，一种铝合金厚板自适应自支撑搅拌摩擦焊接装置，包括花键轴、花键套筒、双轴肩搅拌头、约束装置，花键轴与与搅拌摩擦焊机连接提供驱动力，花键轴与花键套筒之间通过花键配合连接，花键套筒下端设有内螺纹，双轴肩搅拌头上部设有外螺纹，花键套筒与双轴肩搅拌头通过螺纹连接，双轴肩搅拌头下部与约束装置通过轴承连接，约束装置对搅拌头下轴肩径向进行约束，焊件位于双轴肩搅拌头上、下轴肩之间完成焊接。
作为优选，花键轴表面设有外花键，花键套筒内表面设有内花键，花键为渐开线花键，花键连接采用间隙配合。
作为优选，花键套筒下部加工内螺纹，双轴肩搅拌头上部加工外螺纹，螺纹为细牙螺纹，螺纹旋紧方向与焊接过程中搅拌头旋转方向相反。
作为优选，双轴肩搅拌头下轴肩与轴承过盈配合，约束装置与轴承间隙配合。
所诉焊件为铝合金厚板，板厚大于等于20mm。
所诉花键轴、花键套筒、双轴肩搅拌头、约束装置同心设置。
进一步，焊接过程中，花键轴与花键套筒之间轴向自由移动，双轴肩搅拌头与约束装置轴向自由移动。
本发明的另一技术方案在于，提供了基于上述铝合金厚板自适应自支撑搅拌摩擦焊接装置的焊接方法，包括以下步骤：
第一步，u型缺口加工：在焊件对接缝中心一端加工u型缺口，u型缺口中心线与焊缝中心线重合，将焊件装夹固定；
第二部，焊接装置安装：将花键轴与焊机主机头连接，花键套筒与主动轴连接，搅拌头与花键套筒及约束装置连接，调整搅拌头位置，保证搅拌头上下均有可移动间隙；
第三步，焊接：调整焊件与搅拌头之间的位置，保证焊件的u型缺口与搅拌头对中，选取合适的参数进行焊接。
作为优选，u型缺口宽度相当于搅拌针直径，u型缺口长度相当于搅拌头轴肩直径。
作为优选，焊接过程中，花键轴与花键套筒的接触长度应不小于花键总长的2/3。
本发明提供的一种铝合金厚板自适应自支撑搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法，与现有技术相比，具有以下有效效果：
1.本发明突破了以往搅拌头的设计思路，在厚板焊接过程中，增加了对下轴肩的径向约束，有效的避免了搅拌头偏扭所带来的一系列弊端；
2.本发明解除了搅拌头轴向移动首先的难题，通过渐开线花键连接的方式，保证了搅拌工具的定心精度，在传递动力的同时又可以自由浮动，提高了对焊件平面度的适应能力，大大提到了搅拌头的使用寿命。
3.本发明不但兼具双轴肩搅拌摩擦焊的技术特点，有具有自身的鲜明优势，结构简单，适用性极强。
附图说明
图1为本发明的铝合金厚板自适应自支撑搅拌摩擦焊接装置结构示意图。
图2花键轴与花键套筒连接示意图。
图3为搅拌头与焊件示意图。
具体实施方式
下面结合附图来说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，图中，1为花键轴，2为花键套筒，3为双轴肩搅拌头，4为焊件，5为约束装置，一种铝合金厚板自适应自支撑搅拌摩擦焊接装置，包括花键轴1、花键套筒2、双轴肩搅拌头3、约束装置5，其特征是：花键轴1与与搅拌摩擦焊机连接提供驱动力，花键轴1与花键套筒2之间通过花键配合连接，花键套筒2下端设有内螺纹，双轴肩搅拌头3上部设有外螺纹，花键套筒2与双轴肩搅拌头3通过螺纹连接，双轴肩搅拌头3下部与约束装置5通过轴承连接，焊接过程中，花键轴1与花键套筒2之间轴向自由移动，双轴肩搅拌头3与约束装置5轴向自由移动，约束装置5对双轴肩搅拌头3下轴肩径向进行约束，焊件4位于双轴肩搅拌头3上、下轴肩之间完成焊接。
如图2所示，花键轴1表面设有外花键，花键套筒2内表面设有内花键，花键为渐开线花键，花键连接采用间隙配合。渐开线花键的配合方式，保证了搅拌工具的定心精度，在传递动力的同时又可以轴向自由浮动，提高了对焊件平面度的适应能力，大大提到了搅拌头的使用寿命。
花键套筒2下部加工内螺纹，双轴肩搅拌头3上部加工外螺纹，螺纹为细牙螺纹，螺纹旋紧方向与焊接过程中搅拌头3旋转方向相反。
双轴肩搅拌头3下轴肩与轴承过盈配合，约束装置5与轴承间隙配合。
焊件4为铝合金厚板，板厚大于等于20mm。
花键轴1、花键套筒2、双轴肩搅拌头3、约束装置5同心设置。
一种铝合金厚板自适应自支撑搅拌摩擦焊接方法，包括以下步骤：
第一步，u型缺口加工：在焊件4对接缝中心一端加工u型缺口，u型缺口中心线与焊缝中心线重合（图3所示），将焊件4装夹固定；
第二部，焊接装置安装：将花键轴1与焊机主机头连接，花键套筒2与花键1轴连接，搅拌头3与花键套筒2及约束装置5连接，调整双轴肩搅拌头3位置，保证双轴肩搅拌头3上下均有可移动间隙；
第三步，焊接：调整焊件4与双轴肩搅拌头3之间的位置，保证焊件4的u型缺口与双轴肩搅拌头3对中（图3所示），选取合适的参数进行焊接。
u型缺口宽度相当于双轴肩搅拌头3针径，u型缺口长度相当于双轴肩搅拌头3轴肩直径。
焊接过程中，花键轴1与花键套筒2的接触长度应不小于花键总长的2/3。