[发明专利]惯性摩擦焊方法和系统

说明书

技术领域

本公开涉及把零件惯性摩擦焊到一起的方法和系统。

背景技术

和更加常规的焊接方法相比，可以采用摩擦焊在短时间内接合类似的和不同的金属。惯性摩擦焊是摩擦焊的一种变型，其中主要通过焊接机储存的转动动能提供完成焊接所需的能量。

惯性摩擦焊期间，来自各零件的材料移动或“缩锻”，这造成焊接零件的组合长度减小。这样，成品长度是惯性摩擦焊工序之前各零件的长度之和减掉各零件在惯性摩擦焊工序期间遭受的缩锻效应。缩锻并且因此最终产品的长度会遭受不可预测的变化从而需要在惯性焊中受到控制。

先前已经对缩锻控制采用了基于靠模(profile)的技术。2004年8月24日申请的Lovin等人的序号为10/924,633的待决专利申请通过减速期间动态地修改所施加的主轴马达转矩以便保持缩锻-主轴速度靠模从而重复先前的试验焊接的缩锻来达到对缩锻的控制。业内人士把该技术称为“转矩调制缩锻控制”。Benn等的美国4,757,932号专利通过减速期间动态地修改所施加的轴向压力控制缩锻，以便保持缩锻-主轴速度靠模从而重复先前的试验焊接的缩锻。业内人士把该技术称为“压力(或负载)调制缩锻控制”。但是，Benn等和Lovin等都没有提出以惯性摩擦焊中的缩锻或零件最终长度为目标的措施。这些缩锻控制技术仅仅通过准确地重复利用先前的靠模焊规定的缩锻减小缩锻的总变化。

惯性焊中已经采用以最终焊接零件长度控制和/或缩锻为目标的技术。Jones等的美国3,998,373号专利根据零件尺寸的焊接前测量修改焊接速度尝试焊接零件最终长度控制。如果由于工件焊前的组合长度比额定值大需要更多的缩锻，提高焊接起动速度。相反，如果由于工件焊前的组合长度比额定值小需要较小的缩锻，减小焊接起动速度。但是，一旦启动惯性焊周期，缩锻仍是焊接过程的未控制的结果，从而最终零件长度的精准性仍然受到缩锻的预期变化的限制。

发明内容

本发明包括在本文中或者在下面的详细说明中公开的一个或多个下面的特征或者这些特征的组合。

本公开涉及一种惯性摩擦焊方法，其包括，在造成主轴转动减速、滑座朝该主轴移动以及一个样本零件和另一个样本零件之间的产生缩锻形成的接触以便形成样本焊下把该对样本零件惯性摩擦焊到一起。在样本零件对的惯性摩擦焊接期间，采集和主轴的转动减速相关的以及和样本焊接形成期间滑座的移动相关的数据，其中从该采集的数据计算靠模。

然后，预先确定一对生产零件要经受的缩锻形成规定量。接着在造成主轴转动减速、滑座朝主轴移动以及一个生产零件和另一个生产零件之间的产生缩锻形成的接触下并且造成生产焊的形成下把该对生产零件惯性摩擦焊到一起。

在这对生产零件的惯性摩擦焊接期间，通过计算该对生产零件的惯性摩擦焊接造成的缩锻形成和从靠模确定的缩锻设定值之间的差产生缩锻误差信号，其中该设定值是根据该规定的缩锻目标修改的。根据该缩锻误差信号，调制这对生产零件惯性摩擦焊接期间对该焊接系统施加的输入，从而控制这对生产零件的缩锻形成以达到该规定的缩锻形成量。

本发明的重要目的之一是提供一种能生产带有任何缩锻目标的焊接零件的惯性摩擦焊接过程。本发明不受现有样本焊接中达到的重复缩锻的限制。

本发明的另一个重要目的是提供一种能应用任何基于靠模的缩锻控制技术，包括但不限于转矩调制和压力调制的惯性摩擦焊接过程，以生产具有任何缩锻目标的焊接零件。

本发明的再一个目的是提供一种惯性摩擦焊接过程，其能通过在该摩擦焊接过程期间达到缩锻目标生产带有预定最终长度的焊接零件。

图1A中说明本发明体现的过程控制的概要。后面在本文中更详细地说明图2中示出的该控制系统。各控制元件包含在和CPU 34电连接的逻辑控制器42中。逻辑控制器42根据CPU 34发送的焊接参数控制焊接系统10(图1)。

参照图1A，惯性生产期间从对主轴速度的任何给定值提供缩锻设定值的查找表确定代表靠模114设定值的缩锻设定值116。把缩锻设定值116发送到靠模修改器117，后者产生作为靠模缩锻设定值116的函数的新的动态设定值144以及代表规定的缩锻目标119的值。

按动态缩锻设定值144和缩锻反馈信号137提供的实际缩锻之间的差计算缩锻误差信号142。如会解释那样，把误差信号142驱动到PID(比例积分微分)控制算法125中以产生命令信号154。