輕金屬的攪拌摩擦焊設備

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輕金屬的攪拌摩擦焊設備

刊名：Materials Today: Proceedings（英）

刊期：2015年第2期

作者：A. Grimm et al

編譯：王迪

隨著汽車等行業對輕量化的要求越來越高，輕金屬材料受到了廣泛關注，但輕金屬材料的連接技術成為難點。而攪拌摩擦焊（FSW）技術是相似或性能相差很大的材料之間的一種固態結合技術。FSW在焊接過程中會對設備產生較大的機械力，因此FSW設備的剛度和動力操控性成為研究的重點。常見的解決方案基于笛卡爾布局并采用定制數控系統，由于該系統通常被用于特殊的焊接工作，所以很難將其應用于其它焊接件的焊接。目前，FSW應用的控制系統存在定位精度不足的缺點，因此為了進一步減少低動力學和高偏差的問題，研究了復雜的控制系統以補償焊頭相對于零件表面和關節位置的垂直和橫向定位偏差。開發了一個新的機械控制系統（圖1）使FSW得到廣泛應用，如應用在復雜和較大汽車部件的焊接。該控制系統既提高了FSW的焊接能力，又降低了生產成本，同時還擴展了FSW的焊接范圍，可將FSW技術用于輕金屬的焊接。

圖1　FSW新的機械控制系統

為了保證FSW的精度問題，需要對機械控制系統進行力、位置、力矩的控制。①開發一套力控制的數值算法，該計算考慮主軸的位置和角度，最大控制頻率為500Hz，力控制精度在±0.1kN范圍內。②位置控制利用外部傳感器，該傳感器固定在主軸距離焊接工具15mm的位置，分辨率為30μm，測量頻率控制在1kHz。③力矩控制通過控制主軸的轉矩，該控制轉矩不是由用戶自定義的，而是通過計算焊接頭到零件表面的距離和相對運動速度得出。因此焊接功率的控制是扭矩、主軸速度的一個函數。

FSW可以應用到半徑和厚度較小部件的焊接，也可用于表面凹凸不平零件的焊接，以及不同材料零件的焊接。試驗結果表明，通過基于FSW技術加工的焊接件性能相比用傳統方法得到的焊接件性能有了很大提高。