[發明專利]一種提高線性摩擦焊縮短量精度的方法

有效

• 申請號: 201710454317.6
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN109014558B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 李輝;張田倉;季亞娟
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種提高線性摩擦焊縮短量精度的方法，本方法在預置縮短量S0的基礎上，通過預先的測試設置參考區并計算工件在參考區內的平均速度，劃分速度區間并設定與速度區間相對應的調整值。實際焊接中，通過實際焊接工件在參考區中的平均速度與速度區間的對比確定其調整值，進而改變振動停止激發點，也就是最終的振動停止激發點可相對于預置縮短量S0實現系統自動調整，從而提高縮短量精度。

技術領域

本發明涉及焊接技術領域，特別是涉及一種提高線性摩擦焊縮短量精度的方法。

背景技術

線性摩擦焊接（Linear Friction Welding）是近年來得到快速發展的一種焊接技術，主要應用于發動機整體葉盤和飛機框梁類零件的制造，其焊接原理如圖2所示。

左側工件在垂直方向上高頻振動，右側工件在水平方向頂鍛力的作用下和左側工件端面接觸，在接觸面上發生高頻摩擦產生熱量，隨著溫度升高，接觸面材料軟化、變形，當變形達到一定程度時，左側工件快速停止振動，保證兩個工件振動方向對齊，并保持頂鍛力一段時間，兩個工件就連接為一體，完成焊接過程。

線性摩擦焊接設備如圖3所示，主要結構包括：床身1、水平導軌2、工作臺3、頂鍛夾具4、頂鍛油缸5、右側工件6、左側工件7、振動夾具8、激振油缸9。

兩根水平導軌2安裝在床身1上，工作臺3安裝在水平導軌2的滑塊上，頂鍛夾具4安裝在工作臺3上，右側工件6安裝在頂鍛夾具4上；頂鍛油缸5驅動工作臺3和頂鍛夾具4沿著水平導軌2左右運動。左側工件7安裝在振動夾具8上，激振油缸9驅動振動夾具8帶著左側工件7沿著豎直方向高頻振動。

焊接前兩個工件的長度分別為L1、L2，焊接過程中，接觸面附近的材料軟化后被擠出形成飛邊，焊后工件總長度縮短為L。

焊前和焊后工件的長度差，也就是頂鍛方向的縮短量S=(L1+L2)-L。在相同材料、相同焊接工藝參數的條件下，一批工件的縮短量S有一個約為±0.3mm的誤差，無法實現某些精度要求較高的工件焊接。

當前設備上采用的縮短量控制方式：壓力控制為主，位置控制為輔。焊接過程中從始至終保持一定的頂鍛力，在預置縮短量S0處發出振動停止信號。

如圖4所示，以三對工件的焊接為例，對應圖中三條線，假設中間線代表理論的焊接過程。由于工件材料的軟硬狀態差異，另一方面由于存在系統誤差，主要包括振幅誤差和頂鍛壓力誤，導致接觸面狀態不同，所以導致不同的工件對應不同的縮短量曲線。

在焊接開始前，設備的頂鍛油缸5驅動工作臺3和頂鍛夾具4運動，將右側工件6和左側工件7的端面以一定壓力接觸，系統將工作臺3的此處位置標記為零點。

焊接開始后，首先激振油缸9驅動左側工件7高頻振動，頂鍛油缸5驅動工作臺3和頂鍛夾具4，將右側工件6和左側工件7的端面以一定壓力接觸，隨著摩擦熱的產生，接觸面材料軟化后被擠出，工作臺3和頂鍛夾具4向著左側運動，當工作臺3的位移達到控制程序中預置縮短量S0后，如圖4中的振動停止激發點，系統發出停止振動信號，激振油缸9停止振動；由于接觸面的材料仍處于軟化狀態，在頂鍛油缸5的頂鍛力作用下，工作臺3和頂鍛夾具4在振動停止后還會繼續運動一段距離。所以，縮短量S包括實線標識的振動階段變形段和虛線標識的振動停止階段變形段，一般來說，前者數值大于后者。

由于不同工件的接觸面狀態存在差異，導致如下不同：

不同工件到達預置縮短量S0的時間不同，如圖4中的t2、t1，和理論的t有差異，也就是對應不同的縮短速度；

在振動停止后，不同的工件其振動停止變形段不同，如圖4中的上方虛線和下方虛線，和理論的中間虛線有差異，其誤差就是S2-S1。