[发明专利]搅拌摩擦焊接下压量校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接控制方法，尤其涉及一种搅拌摩擦焊接下压量校正方法。

背景技术

与传统的气体保护焊相比，使用搅拌摩擦焊加工铝合金结构所得到的焊缝具有无缺陷、强度高等突出的优点，因此搅拌摩擦焊在工业领域内正得到越来越广泛的应用。特别是在航空航天、高速列车、高速船舶等行业的大型铝合金壳体的加工过程中，搅拌摩擦焊能够加工气体保护焊不好加工或不能加工的高强度焊缝，因而在这些行业中取得了不可替代的地位。

搅拌摩擦焊缝的质量主要取决于三个工艺参数：主轴转速、焊接速度、下压量。为了获得具备预期质量的性能均匀的焊缝，必须对上述三个参数进行精确的控制。传统的搅拌摩擦焊设备的数控系统可以对主轴转速与焊接速度两个参数进行精确的闭环控制，但对下压量的控制精度不足，原因在于传统数控系统通过安装在执行电机上的编码器或安装在导轨上的光栅尺测量执行电机输出轴转过的角度或在导轨上运动的机头在坐标空间中的位置，然后换算搅拌头的位置和下压量，当设备为理想刚体时，这种换算是精确的，然而当设备由于柔性发生非预期变形时就会造成下压量偏离设定值。研究证明，下压量产生0.1mm的变化就会使接头强度产生数十到百余兆帕的变化，而在搅拌摩擦焊过程特有的大顶锻力作用下设备变形会轻易超出这一尺度，因而对焊缝质量造成不良影响。特别是设备变形问题会随着工件尺寸的增大而更加明显，因此焊接大型工件的搅拌摩擦焊设备不得不大幅提高结构尺寸以提高刚度，使设备的体积、重量和成本都大幅上升。另外，由于传统数控系统对搅拌头位置测量和控制的不准确性，系统不能准确获知搅拌针端面与工件背面刚性垫板的距离，为了避免搅拌针与垫板接触造成搅拌针的磨损乃至折断，实际生产中必须在搅拌针端面和垫板之间留出一定的安全空间，导致该区域的材料受到搅拌作用不足、相互结合不充分，从而造成未焊透或弱结合缺陷。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种搅拌摩擦焊接下压量校正方法，其能实现对下压量的动态精确控制，从而提高搅拌摩擦焊接的质量稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种搅拌摩擦焊接下压量校正方法，其包括步骤：步骤一，将距离传感器设置在连接有搅拌头的机头上，并使距离传感器位于焊接前进方向的一侧且靠近搅拌头并通信连接于控制器，搅拌头具有搅拌针且搅拌针的长度为l并通信连接于控制器，控制器内设有搅拌头的设定下压量d₁；步骤二，使搅拌头的搅拌针接触待焊接工件的加工表面，距离传感器测量距离传感器到工件的待加工表面的初始距离h并将测得的初始距离h传送给控制器；步骤三，开始焊接，在控制器的控制下机头带动搅拌头和距离传感器沿垂直于工件的加工表面的方向运动，搅拌头连同搅拌针一起下压进入工件的待加工表面的对应部分且搅拌头的实际下压量定义为d，距离传感器测量到工件的待加工表面的实时距离H并将测得的实时距离H传送给控制器，控制器基于搅拌头的搅拌针的端面与距离传感器之间的距离固定，h＝d+l+H，计算搅拌头的实际下压量d，d＝h-l-H；步骤四，控制器将搅拌头的实际下压量d与设定下压量d₁比较，获得下压量误差Δ，Δ＝d₁-d；步骤五，控制器基于下压量误差Δ调整搅拌头沿垂直于工件的加工表面的方向运动，以调整实际下压量d而使下压量误差Δ保持在容许范围之内；以及步骤六，控制器控制搅拌头继续对工件进行焊接，在焊接过程中按照规定频率循环执行步骤三至步骤五，从而不断地调整实际下压量d并使下压量误差Δ趋于零。

本发明的有益效果如下：

本发明的搅拌摩擦焊接下压量校正方法能够实现对实际下压量的动态精确控制，使实际下压量在焊接过程中与设定下压量的误差控制在容许范围之内，可以解决传统的搅拌摩擦焊设备由于设备变形问题存在的下压量不受控的问题，提高搅拌摩擦焊接的质量稳定性。

附图说明

图1为根据本发明的搅拌摩擦焊接下压量校正方法的测量原理示意图；

图2为根据本发明的搅拌摩擦焊接下压量校正方法的焊接结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1距离传感器                 4控制器

N探针                       5工件

2搅拌头                     51加工表面

21搅拌针                    6刚性垫板

211端面                     7执行电机