[發(fā)明專利]一種降噪式軸向壓力自適應攪拌摩擦焊接方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811200544.7
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN108971744B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設計）人: 陳書錦;李瑞峰;浦娟;祁凱;王小京;魏曉鵬;張皓;孟令斐
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識產(chǎn)權代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

本發(fā)明是一種降噪式軸向壓力自適應攪拌摩擦焊接方法，焊接方法包括如下步驟：（1）組裝焊接工具；（2）將被焊材料固定在工作臺上，利用夾持柄在焊機的機頭上安裝已經(jīng)組裝完成的焊接工具；（3）啟動焊機，攪拌摩擦頭開始旋轉(zhuǎn)；（4）焊機的機頭向下壓，直至攪拌摩擦頭接觸被焊材料；（5）焊機的機頭繼續(xù)下降，使彈簧產(chǎn)生壓縮（6）焊接過程中當光滑錐面與激光位置傳感器的垂直距離L發(fā)生變化時，開始記錄（7）當攪拌摩擦頭相對被焊材料到達預定焊縫尾部時，焊接結束。該焊接方法減弱焊接過程的軸向壓力振蕩，同時軸向壓力能夠自適應調(diào)整大小，使焊接過程更平穩(wěn)，提高薄板金屬的攪拌摩擦焊接過程穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明涉及金屬材料加工領域，尤其涉及到一種降噪式軸向壓力自適應攪拌摩擦焊接方法及裝置。

背景技術

攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding, FSW）是由英國焊接研究所（The WeldingInstitute, TWI）于1991 年提出的新型固相連接技術，和傳統(tǒng)的熔焊相比，攪拌摩擦焊具有以下優(yōu)點：（1）接頭質(zhì)量高，不易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷；（2）焊接成本較低，無需填充材料和保護氣體，厚焊接件無需加工坡口；（3）焊接過程安全，無污染、飛濺、煙塵、噪聲等，且沒有嚴重的電磁干擾和有害物質(zhì)產(chǎn)生，是一種環(huán)保型連接方法；（4）焊接過程中焊件被剛性固定，且固相焊時加熱溫度較低，焊件不易變形；（5）便于機械化、自動化操作，質(zhì)量較穩(wěn)定，重復性高，因此，攪拌摩擦焊接尤其對于高強鋁合金的焊接具有無可比擬的優(yōu)勢。

近年來研究表明，由于攪拌摩擦焊接過程中機械攪拌作用，焊縫金屬的金屬的溫度也處于波動之中，直接導致攪拌頭與金屬的摩擦界面狀態(tài)不穩(wěn)定，使焊接區(qū)域的金屬軟化程度不穩(wěn)定，則導致的軸向力振蕩更加嚴重，如此循環(huán)，此外，在高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭上如何測量軸向壓力一直是個難題，盡管有不同的方法：（1）在墊板下安放壓力傳感器，但如果焊接較長工件時，則難以應用；（2）無線數(shù)據(jù)連接高速旋轉(zhuǎn)的壓力傳感器，但也存在數(shù)據(jù)傳輸效率和穩(wěn)定性等問題。

因此如何抑制焊接過程中軸向力振蕩并使焊接區(qū)域溫度穩(wěn)定成為了一項迫切需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種降噪式軸向壓力自適應攪拌摩擦焊接方法及裝置，減少軸向力振蕩。

為了達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明是一種降噪式軸向壓力自適應攪拌摩擦焊接方法，所述焊接方法包括如下步驟：

（1）組裝焊接工具；

（2）將被焊材料固定在工作臺上，利用夾持柄在焊機的機頭上安裝已經(jīng)組裝完成的焊接工具即攪拌摩擦頭；

（3）啟動焊機，攪拌摩擦頭開始旋轉(zhuǎn)；

（4）焊機的機頭向下壓，直至攪拌摩擦頭接觸被焊材料；

（5）焊機的機頭繼續(xù)下降，使彈簧產(chǎn)生壓縮后，記錄此時圓錐面與激光位置傳感器的垂直距離L0，焊接開始，彈簧的給定壓縮量h0；

（6）焊接過程中當圓錐面與激光位置傳感器的垂直距離L發(fā)生變化時，記為δL=L0-L；當軸肩沿著夾持柄下部的芯軸發(fā)生位移時，則此時軸肩或錐面相對于芯軸的位移變化量δh=δL/cos(α)=（L0-L）/cos(α)；彈簧壓縮量D=h0+δh，且與δL存在一一對應關系，名義壓縮量的導數(shù)即為δh的導數(shù)，為了防止軸肩過多壓入工件和提高系統(tǒng)反應速度，當名義壓縮量和及其導數(shù)為正時，減小焊接速度；當名義壓縮量和導數(shù)均為負時，提升攪拌頭并增加焊接速度；名義壓縮量正、導數(shù)為負或當名義壓縮量為負、導數(shù)為正時，保持焊接速度不變；當名義壓縮量為零，保持焊接速度不變；

（7）當攪拌摩擦頭相對被焊材料到達預定焊縫尾部時，焊接結束；

所述焊接工具即攪拌摩擦頭包括夾持柄、彈簧、中間件、圓柱銷、軸肩、頂針、圓錐面、激光位置傳感器，