1.一种磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置,包括旋转主轴(1)、夹紧装置(2)、搅拌头(3)、冷却系统(4)和焊接工作台(5),所述旋转主轴(1)为空心结构,所述搅拌头(3)通过夹紧装置(2)安装于旋转主轴(1)的空心内腔中,所述的搅拌头(3)由导磁材料制成,所述搅拌头(3)包括:搅拌头主体(301)、轴肩(302)和搅拌针(303),所述搅拌头主体(301)上端为夹紧用的夹持部(304),其特征在于:所述夹持部(304)下方套设有强力磁环(14)的磁场调节装置(6),所述磁场调节装置(6)下方的轴肩(302)处套设有辅助静止轴肩装置(7),所述搅拌针(303)贯穿通过辅助静止轴肩装置(7)的底部通孔对焊接工作台(5)上装夹的焊接母材工件进行搅拌焊接,所述搅拌针(303)为棱台状结构(305),所述棱台状结构(305)由棱台坡面(306)和棱台端面(307)组成,所述棱台坡面(306)与搅拌针(303)中心轴线形成θ坡角,所述棱台端面(307)单侧向内开设弱磁槽(308),所述旋转主轴(1)高速旋转带动套设有强力磁环(14)的搅拌头(3)高速旋转,形成以所述搅拌针(303)中心为轴及以所述棱台坡面(306)和棱台端面(307)为旋转面的区块化非对称分布的旋转磁场;
所述磁场调节装置(6)包括:依次由套装在夹持部下方的第一弹簧(11),环形滑轨(12)、隔磁套(13)、强力磁环(14)、支撑板(15)和第二弹簧(16)组成,所述的第二弹簧(16)安装在支撑板 (15)下端面与轴肩套筒(701)内筒底面之间, 所述支撑板(15)上端面与强力磁环(14)下端面之间配设有滚珠刚球(17)用第一弹槽轨道(141)和第二弹槽轨道(152),所述支撑板(15)上设有电机推动杆(151),所述支撑板(15)通过电机推动杆(151)和步进电机(18)一起固定在刚性连接杆(702)上部内侧,所述的支撑板(15)、环形滑轨(12)与搅拌头(3)活动连接,所述环形滑轨(12)上嵌装有环形凸圈(121),所述的第一弹簧(11)下端面套设在环形凸圈(121)的外环侧面上,焊接时,所述支撑板(15)和辅助静止轴肩装置(7)一起静止不动,所述强力磁环(14)和隔磁套(13)与搅拌头(3)之间通过调节机构(601)配作连接,所述强力磁环(14)和隔磁套(13)随搅拌头(3)一起高速旋转,根据焊接需要,启动所述步进电机(18)带动电机推动杆(151)推动或回抽支撑板(15)从而改变强力磁环(14)与搅拌针(303)端面的距离来实现磁场强弱调节。
2.根据权利要求1所述磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置,其特征在于:所述棱台状结构(305)为正五棱台状结构,所述的棱台坡面(306)与导磁搅拌针(303)中心轴线形成θ坡角为20°‑60°,所述棱台端面(307)顶点最大距离为焊接板材厚度的4‑6倍,所述弱磁槽(308)深度设为焊接板材厚度1‑4倍的矩形结构。
3.根据权利要求1所述磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置,其特征在于:所述辅助静止轴肩装置(7)包括:轴肩套筒(701)、压力传感器(8)、电机套筒(9)和螺母(10),所述轴肩套筒(701)上端面设有2根以上对称分布的刚性连接杆(702),所述轴肩套筒(701)下端面设有多台阶结构轴肩端部(703),所述的轴肩套筒(701)底面几何中心设有穿套搅拌针(303)的底部通孔(704),所述压力传感器(8)安装在刚性连接杆(702)的上端凸台部,所述刚性连接杆(702)上端部通过螺母(10)固定于电机套筒(9)上相对于旋转主轴(1)静止不动,所述的压力传感器(8)实时采集静止轴肩套筒(701)在焊接过程的轴向受力情况信号进行上传。
4.根据权利要求1所述磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置,其特征在于:调节机构(601)是由所述搅拌头主体(301)中间部位设有凸出齿部结构(310)和在所述隔磁套(13)、强力磁环(14)上开设有与之相配的凹槽结构配作而成,所述凸出齿部结构(310)设为2个以上,所述的搅拌头主体(301)与隔磁套(13)和强力磁环(14)之间活动连接,所述隔磁套(13)安装于强力磁环(14)上表面与强力磁环(14)的外径相匹配。
5.根据权利要求1所述磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置,其特征在于:所述的冷却系统(4)包括:冷却装置(401)、热电偶(402)和温度传感器(403)电性连接,所述的冷却装置(401)安装在轴肩套筒(701)下端,所述的热电偶(402)安装于轴肩端部(703)底面向上距离H处横向位置开设孔槽结构中,所述热电偶(402)通过温度传感器收集温度数据上传,所述的距离H为2‑5mm。
6.根据权利要求1所述磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置,其特征在于:所述焊接工作台(5)包括:焊接平台(501)和工件放置垫板(502),所述的垫板(502)在工件焊接缝处开设有长凹槽结构(503),所述的凹槽(503)中装有强磁条(19),并在所述强磁条(19)表面装有与垫板(502)上表面平齐的盖板(504),所述强磁条(19)与搅拌头(3)中的强力磁环(14)的磁极相异放置。
7.根据权利要求1所述磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置,其特征在于:所述的第一弹簧(11)和第二弹簧(16)由刚性较好的非导磁材料制作,所述步进电机(18)行程为第一弹簧(11)和第二弹簧(16)的最大形变量的3/4,所述的第二弹簧(16)的劲度系数是第一弹簧(11)的2‑5倍,所述强力磁环(14)和垫板(502)由导磁性材料制成,所述的轴肩套筒(701)、支撑板(15)、滚珠刚球(17)均为非导磁性材料制成。
8.根据权利要求1所述磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置,其特征在于:所述强力磁环(14)更换不同磁场强度和/或调整所述旋转主轴(1)转速,实现磁场强弱的变换调节。
9.根据权利要求1所述磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置,其特征在于:所述的调节机构(601)由中空的搅拌头(3)中间开设孔槽安嵌可控涨合结构自动调节与强力磁环(14)和隔磁套(13)的松紧配合。