[发明专利]一种降噪式轴向压力自适应搅拌摩擦焊接方法及装置

说明书

本发明是一种降噪式轴向压力自适应搅拌摩擦焊接方法，焊接方法包括如下步骤：（1）组装焊接工具；（2）将被焊材料固定在工作台上，利用夹持柄在焊机的机头上安装已经组装完成的焊接工具；（3）启动焊机，搅拌摩擦头开始旋转；（4）焊机的机头向下压，直至搅拌摩擦头接触被焊材料；（5）焊机的机头继续下降，使弹簧产生压缩（6）焊接过程中当光滑锥面与激光位置传感器的垂直距离L发生变化时，开始记录（7）当搅拌摩擦头相对被焊材料到达预定焊缝尾部时，焊接结束。该焊接方法减弱焊接过程的轴向压力振荡，同时轴向压力能够自适应调整大小，使焊接过程更平稳，提高薄板金属的搅拌摩擦焊接过程稳定性。

技术领域

本发明涉及金属材料加工领域，尤其涉及到一种降噪式轴向压力自适应搅拌摩擦焊接方法及装置。

背景技术

搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding, FSW）是由英国焊接研究所（The WeldingInstitute, TWI）于1991 年提出的新型固相连接技术，和传统的熔焊相比，搅拌摩擦焊具有以下优点：（1）接头质量高，不易产生气孔、裂纹等缺陷；（2）焊接成本较低，无需填充材料和保护气体，厚焊接件无需加工坡口；（3）焊接过程安全，无污染、飞溅、烟尘、噪声等，且没有严重的电磁干扰和有害物质产生，是一种环保型连接方法；（4）焊接过程中焊件被刚性固定，且固相焊时加热温度较低，焊件不易变形；（5）便于机械化、自动化操作，质量较稳定，重复性高，因此，搅拌摩擦焊接尤其对于高强铝合金的焊接具有无可比拟的优势。

近年来研究表明，由于搅拌摩擦焊接过程中机械搅拌作用，焊缝金属的金属的温度也处于波动之中，直接导致搅拌头与金属的摩擦界面状态不稳定，使焊接区域的金属软化程度不稳定，则导致的轴向力振荡更加严重，如此循环，此外，在高速旋转的搅拌头上如何测量轴向压力一直是个难题，尽管有不同的方法：（1）在垫板下安放压力传感器，但如果焊接较长工件时，则难以应用；（2）无线数据连接高速旋转的压力传感器，但也存在数据传输效率和稳定性等问题。

因此如何抑制焊接过程中轴向力振荡并使焊接区域温度稳定成为了一项迫切需要解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种降噪式轴向压力自适应搅拌摩擦焊接方法及装置，减少轴向力振荡。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种降噪式轴向压力自适应搅拌摩擦焊接方法，所述焊接方法包括如下步骤：

（1）组装焊接工具；

（2）将被焊材料固定在工作台上，利用夹持柄在焊机的机头上安装已经组装完成的焊接工具即搅拌摩擦头；

（3）启动焊机，搅拌摩擦头开始旋转；

（4）焊机的机头向下压，直至搅拌摩擦头接触被焊材料；

（5）焊机的机头继续下降，使弹簧产生压缩后，记录此时圆锥面与激光位置传感器的垂直距离L0，焊接开始，弹簧的给定压缩量h0；

（6）焊接过程中当圆锥面与激光位置传感器的垂直距离L发生变化时，记为δL=L0-L；当轴肩沿着夹持柄下部的芯轴发生位移时，则此时轴肩或锥面相对于芯轴的位移变化量δh=δL/cos(α)=（L0-L）/cos(α)；弹簧压缩量D=h0+δh，且与δL存在一一对应关系，名义压缩量的导数即为δh的导数，为了防止轴肩过多压入工件和提高系统反应速度，当名义压缩量和及其导数为正时，减小焊接速度；当名义压缩量和导数均为负时，提升搅拌头并增加焊接速度；名义压缩量正、导数为负或当名义压缩量为负、导数为正时，保持焊接速度不变；当名义压缩量为零，保持焊接速度不变；

（7）当搅拌摩擦头相对被焊材料到达预定焊缝尾部时，焊接结束；

所述焊接工具即搅拌摩擦头包括夹持柄、弹簧、中间件、圆柱销、轴肩、顶针、圆锥面、激光位置传感器，