基于前導(dǎo)區(qū)溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于前導(dǎo)區(qū)溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置及其方法，該裝置包括攪拌頭、夾持器和小車，攪拌頭通過夾持器夾持在機(jī)頭上，機(jī)頭上固定一個(gè)半圓的圓弧磁鋼片，夾持器的圓周方向每隔90°分別安裝一個(gè)高速接近開關(guān)，攪拌頭包含上軸肩、下軸肩和位于上軸肩和下軸肩之間的攪拌針，在上軸肩圓周方向上每隔90°安裝一個(gè)鎧裝熱電偶，在攪拌頭安裝在夾持器上之后，熱電偶終點(diǎn)所處徑向分別與高速接近開關(guān)設(shè)置點(diǎn)所處徑向平行，鎧裝熱電偶通過無線傳輸模塊與控制器連接；該方法通過鎧裝熱電偶和壓簧式熱電偶動(dòng)態(tài)的調(diào)整攪拌頭的焊機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)速度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)巧妙，檢測精度高，通過動(dòng)態(tài)的檢測焊接工件的溫度，動(dòng)態(tài)的調(diào)整焊接速度，焊接精度高。
【專利說明】基于前導(dǎo)區(qū)溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及涉及金屬材料加工領(lǐng)域，具體涉及基于溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置及其方法。

【背景技術(shù)】
[0002]雙軸肩攪拌摩擦焊接技術(shù)是一種新型焊接技術(shù)，這種焊接技術(shù)利用攪拌針連接上下軸肩、且焊接過程中攪拌針與上下軸肩同步旋轉(zhuǎn)，因此雙軸肩攪拌摩擦焊接過程產(chǎn)熱量大、焊接速度快、可以遂行多位置焊接；但是也正是產(chǎn)熱量大這個(gè)特點(diǎn)，導(dǎo)致了焊接區(qū)域金屬過熱，直接影響了焊接質(zhì)量，如焊接區(qū)域晶粒粗大、缺陷增多，甚至直接導(dǎo)致表面成型惡化；如果貿(mào)然減少熱量輸入，則又會降低焊接區(qū)域溫度，使前進(jìn)阻力增大，導(dǎo)致攪拌針斷裂。
[0003]目前在攪拌摩擦焊接過程中，用來控制焊接產(chǎn)熱的手段主要是:調(diào)節(jié)焊接速度、主軸轉(zhuǎn)速的大小，通常做法是在焊接開始前，對焊接參數(shù)予以設(shè)定，在焊接過程中，這些焊接參數(shù)不能更改；更為值得一提的是，對焊接過程參數(shù)如焊接區(qū)域溫度缺乏實(shí)時(shí)反饋控制手段，當(dāng)焊接質(zhì)量問題發(fā)生時(shí)，操作者不能及時(shí)有效地調(diào)整焊接參數(shù)。
[0004]如何以焊接區(qū)域溫度為反饋，調(diào)整通過調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速或者焊接速度，實(shí)現(xiàn)焊接過程的穩(wěn)定性？針對這一問題，至今沒有明確的解決方法。欲解決這個(gè)問題，首先實(shí)現(xiàn)焊接區(qū)域溫度的檢測，形成溫度反饋之后，然后才是針對性的調(diào)節(jié)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置及其方法，能夠?qū)崟r(shí)的檢測焊接區(qū)的溫度，通過焊接區(qū)的溫度實(shí)時(shí)的調(diào)整焊接速度，焊接精度高。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明的一種基于溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置，包括攪拌頭、安裝在攪拌摩擦焊機(jī)機(jī)頭的夾持器和與攪拌摩擦焊機(jī)機(jī)頭同步移動(dòng)的小車，所述攪拌頭通過夾持器夾持在機(jī)頭上且兩者同軸心，機(jī)頭上固定一個(gè)半圓的圓弧磁鋼片，夾持器的圓周方向每隔90°分別安裝一個(gè)高速接近開關(guān)，攪拌頭包含上軸肩、下軸肩和位于上軸肩和下軸肩之間的攪拌針，在上軸肩圓周方向上每隔90°安裝一個(gè)鎧裝熱電偶，在攪拌頭安裝在夾持器上之后，熱電偶終點(diǎn)所處徑向分別與高速接近開關(guān)設(shè)置點(diǎn)所處徑向平行，鎧裝熱電偶通過無線傳輸模塊與控制器連接，所述小車包含小車主體、彈簧調(diào)整裝置、安裝在小車主體上的滾輪和壓簧式熱電偶，所述壓簧式熱電偶有4個(gè)，所述小車主體側(cè)面設(shè)有若干個(gè)小車凸臺，小車凸臺通過彈簧調(diào)整裝置與固定板連接，所述壓簧式熱電偶通過熱電偶套件與小車主體連接，壓簧式熱電偶通過溫度變送器與控制器連接。
[0007]作為優(yōu)選，所述熱電偶套件包含中空臺階狀的熱電偶安裝桿、緩沖彈簧和蓋板，熱電偶安裝桿由下之上依次穿過緩沖彈簧和蓋板后通過調(diào)節(jié)螺母與蓋板連接，壓簧式熱電偶穿過熱電偶安裝桿的內(nèi)部，壓簧式熱電偶的引線用于外接溫度變送器，蓋板與小車主體連接。
[0008]作為優(yōu)選，小車凸臺有四個(gè)，彈簧調(diào)整裝置有四組，對稱的位于小車兩側(cè)，彈簧調(diào)整裝置包含第一支桿、第一緊固螺母、第二緊固螺母、第三緊固螺母和小車彈簧，第一支桿依次穿過第一緊固螺母、固定板、第二緊固螺母、小車彈簧、小車凸臺和第三緊固螺母。
[0009]一種基于權(quán)利上述的基于前導(dǎo)區(qū)溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置的調(diào)整方法，包括以下步驟:
[0010](I)讀取四個(gè)鎧裝熱電偶點(diǎn)的溫度輸出分別為:Τ2-1、Τ2-2、Τ2_3、Τ2_4，四個(gè)壓簧式熱電偶檢測的溫度分別為Τ6-1、Τ6-2、Τ6-3、Τ6-4，設(shè)高速接近開關(guān)進(jìn)入前半?yún)^(qū)域順序分別為4-1、4-2、4-3、4-4，因此攪拌頭旋轉(zhuǎn)一周的過程中，攪拌頭每旋轉(zhuǎn)90°，上軸肩與工件接觸面的前半部分溫度Tm分別是:(Τ2-4+Τ2-1)/2、(Τ2-1+Τ2-2)/2、(Τ2-2+Τ2-3)/2、(Τ2-3+Τ2-4)/2,令 Λ Tl = Tm — T6-1，Δ T2 = Tm - Τ6-4，Δ Τ3 = Τ6-1 — Τ6-2，Δ Τ4=Τ6-4 - Τ6-3，然后分別設(shè)定攪拌頭焊接速度和旋轉(zhuǎn)速度的最小值Vmin、Wmin和最大值Vmax,Wmax,設(shè)置Tm的正常運(yùn)行區(qū)間[470，520] V，設(shè)置轉(zhuǎn)速步進(jìn)變量幅值Λ W，每步時(shí)間長度10s，設(shè)置調(diào)節(jié)系數(shù)K的區(qū)間[0.6,2]；
[0011 ] (2)保持?jǐn)嚢桀^旋轉(zhuǎn)速度不變并慢慢咬入待焊金屬區(qū)域，在這一過程中，待焊金屬與攪拌頭高速摩擦產(chǎn)熱，前導(dǎo)區(qū)金屬溫度逐漸上升；
[0012](3)當(dāng)Λ Tl或Λ T2小于溫度T7時(shí)，以一定量增幅逐漸增加實(shí)時(shí)焊接速度，如果實(shí)時(shí)焊接速度已經(jīng)增加至設(shè)定焊接最大速度，則不再增加，轉(zhuǎn)而步進(jìn)增加旋轉(zhuǎn)速度，以步進(jìn)方式增加旋轉(zhuǎn)速度式，每一步轉(zhuǎn)速增量按照公式AW(l-e-k#t)變化、此時(shí)k= l，t為該步時(shí)間變量，其范圍為[0，每步時(shí)間長度]，然后再次進(jìn)行判斷Λ Tl或Λ T2小于溫度T7，如否則進(jìn)入步驟⑷；
[0013](4)當(dāng)Δ Tl或Λ Τ2大于或等于溫度Τ7時(shí)，無論實(shí)時(shí)焊接速度是否增加至焊接速度最大值，只要Λ Τ3或Λ Τ4大于50°C，則開始以焊接速度最大值進(jìn)行焊接；
[0014](5)當(dāng)Λ T3或Λ T4小于50°C，如果實(shí)時(shí)焊接速度仍未增加至焊接速度最大值，則繼續(xù)增加實(shí)時(shí)焊接速度，如果實(shí)時(shí)焊接速度已經(jīng)增加至焊接速度最大值，Λ T3或Λ T4仍然小于50°C，則保持焊接速度不變，以步進(jìn)方式增加旋轉(zhuǎn)速度式，每一步轉(zhuǎn)速增量按照公式AW(l-e_k#t)變化、此時(shí)k = I ;每一步轉(zhuǎn)速增加后再次判斷Λ Τ3或Λ Τ4是否大于等于50°C，如是則開始以焊接速度最大值進(jìn)行焊接，進(jìn)入步驟(6)，如否則繼續(xù)循環(huán)步驟(5)；
[0015](6)當(dāng)進(jìn)入焊接階段后，保持焊接速度不變，根據(jù)前導(dǎo)區(qū)溫度情況調(diào)整攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)Tm超過設(shè)定溫度區(qū)間時(shí)，如果Λ Tl或Λ Τ2小于TlO時(shí)，則步進(jìn)緩慢降低旋轉(zhuǎn)速度，每一步轉(zhuǎn)速減量按照公式AW(l-e_k<Nt)變化，此時(shí)0.6〈K〈1 ;當(dāng)Tm超過設(shè)定溫度區(qū)間時(shí)，如果Λ Tl或Λ Τ2大于或等于TlO時(shí)，則快速降低旋轉(zhuǎn)速度，每一步轉(zhuǎn)速減量按照公式Affd-e^)變化，此時(shí)1〈K〈2 ;當(dāng)Tm處于設(shè)定溫度區(qū)間時(shí)，繼續(xù)正常焊接，并判斷是否處于收尾階段；當(dāng)Tm小于設(shè)定溫度區(qū)間時(shí)，如果Λ Tl或Λ Τ2小于Τ10，緩慢增加旋轉(zhuǎn)速度，每一步轉(zhuǎn)速增量按照公式AW(l-e_Wt)變化，此時(shí)0.6〈K〈1 ;如果Λ Tl或Λ Τ2大于或等于Τ10，則快速增加旋轉(zhuǎn)速度每一步轉(zhuǎn)速增量為λ w，每一步轉(zhuǎn)速增量按照公式Λ?α-θ-Μ)變化，此時(shí)1〈Κ〈2 ;直到達(dá)到旋轉(zhuǎn)速度的最大值；
[0016](7)循環(huán)步驟(6)，當(dāng)1'111大于5601:、且厶1'1或厶了2小于3601:、且厶了3或厶丁4小于40°C時(shí)，可判斷為焊接區(qū)過熱，已經(jīng)進(jìn)入了收尾階段，此時(shí)，應(yīng)迅速降低旋轉(zhuǎn)速度至旋轉(zhuǎn)速度變化區(qū)間的最小值，直至焊接結(jié)束。
[0017]作為優(yōu)選，為了保證焊接過程穩(wěn)定性，需限定旋轉(zhuǎn)速度變化區(qū)間，考慮到機(jī)械常數(shù)，所述焊接速度的每秒變化量不大于3mm/min,轉(zhuǎn)速步進(jìn)變量Λ W不大于60rpm。。
[0018]作為優(yōu)選，所述T7為380°C，TlO為380°C。
[0019]焊接前導(dǎo)區(qū)的定義:沿著焊接方向、雙軸肩攪拌摩擦頭(為方便起見，以下簡稱攪拌頭)中心軸線前方一定距離的待焊區(qū)域。如圖1所示，前導(dǎo)區(qū)6 (陰影部分)包括上軸肩與工件接觸面一半的面積，另外還包括了攪拌頭軸線前方(不包含攪拌頭所占的面積)一塊區(qū)域，前導(dǎo)區(qū)總體呈梯形。
[0020]上軸肩與工件接觸面的定義:在上軸肩半徑以內(nèi)、攪拌針半徑以外、上軸肩與工件接觸的圓環(huán)狀面區(qū)域。
[0021]有益效果:本發(fā)明的基于前導(dǎo)區(qū)溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置通過鎧裝熱電偶和壓簧式熱電偶實(shí)時(shí)的檢測焊接前導(dǎo)區(qū)溫度，通過彈簧調(diào)整裝置使得壓簧式熱電偶緊貼焊接工件，檢測精度高；該調(diào)整方法全面考慮了沿著焊接方向、距離攪拌頭一定距離的待焊區(qū)域溫度及其相對變化情況，通過檢測的問題實(shí)時(shí)的調(diào)整焊接速度和攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度，使得焊接質(zhì)量高，焊接自動(dòng)化程度高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1焊接前導(dǎo)區(qū)所處位置示意圖；
[0023]圖2雙軸肩攪拌摩擦頭結(jié)構(gòu)及鎧裝熱電偶安裝示意圖；
[0024]圖3鎧裝熱電偶的測溫末端位置示意圖；
[0025]圖4圓弧磁鋼片與聞速接近開關(guān)位置不意圖；
[0026]圖5鎧裝熱電偶的輸出及相序示意圖；
[0027]圖6測溫小車工作示意圖；
[0028]圖7位于測溫小車底部的壓簧式熱電偶位置示意圖；
[0029]圖8雙軸肩攪拌摩擦焊接前導(dǎo)區(qū)溫度調(diào)節(jié)流程圖。
[0030]圖中:1_攪拌頭、3-攪拌摩擦頭夾持器、4-1、4-2、4-3、4_4高速接近開關(guān)、5-圓弧磁鋼片、6-焊接前導(dǎo)區(qū)、6-1、6-2、6-3、6-4壓簧式熱電偶與工件接觸點(diǎn)、1-1上軸肩、1_2下軸肩、1-3攪拌針、2-鎧裝熱點(diǎn)偶、2-1、2-2、2-3、2-4鎧裝熱電偶的末端、7-金屬滾輪、8-小車、9-壓簧式熱電偶、10-小車凸臺、11-小車彈簧、12-固定板、13-第一支桿、9-1、9-2、9-3、9-4壓簧式熱電偶、14-工件。

【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0032]如圖1至圖7所示，本發(fā)明的一種基于前導(dǎo)區(qū)溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置，包括攪拌頭1、安裝在攪拌摩擦焊機(jī)機(jī)頭的夾持器3和與攪拌摩擦焊機(jī)機(jī)頭同步移動(dòng)的小車，攪拌頭I通過夾持器3夾持在機(jī)頭上，機(jī)頭上固定一個(gè)半圓的圓弧磁鋼片5，夾持器3的圓周方向每隔90°分別安裝一個(gè)高速接近開關(guān)，攪拌頭I包含上軸肩1-1、下軸肩1-2和位于上軸肩1-1和下軸肩1-2之間的攪拌針1-3，在上軸肩1-1圓周方向上每隔90°安裝一個(gè)鎧裝熱電偶2，鎧裝熱電偶2通過無線傳輸模塊與控制器連接，小車包含小車主體8、彈簧調(diào)整裝置、安裝在小車主體8上的滾輪7和壓簧式熱電偶9，壓簧式熱電偶9有4個(gè)，小車主體8側(cè)面設(shè)有若干個(gè)小車凸臺10，小車凸臺10通過彈簧調(diào)整裝置與固定板12連接，壓簧式熱電偶9通過熱電偶套件與小車主體8連接，壓簧式熱電偶9通過溫度變送器與控制器連接。
[0033]在本發(fā)明中，熱電偶套件包含中空臺階狀的熱電偶安裝桿、緩沖彈簧和蓋板，熱電偶安裝桿由下之上依次穿過緩沖彈簧和蓋板后通過調(diào)節(jié)螺母與蓋板連接，壓簧式熱電偶9穿過熱電偶安裝桿的內(nèi)部，壓簧式熱電偶9的引線用于外接溫度變送器，蓋板與小車主體8連接。
[0034]在本發(fā)明中，小車凸臺10有四個(gè)，彈簧調(diào)整裝置有四組，對稱的位于小車主體8兩偵牝彈簧調(diào)整裝置包含第一支桿13、第一緊固螺母、第二緊固螺母、第三緊固螺母和小車彈簧U，第一支桿13依次穿過第一緊固螺母、固定板12、第二緊固螺母、小車彈簧11、小車凸臺10和第三緊固螺母。
[0035]以下對6mm厚的鋁合金板雙軸肩攪拌摩擦焊接前導(dǎo)區(qū)溫度調(diào)節(jié)方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0036]首先提取上軸肩1-1與工件接觸面前半部分溫度Tm。如圖2所示，在攪拌頭I的上軸肩1-1每隔90°安裝四個(gè)鎧裝熱電偶2，四個(gè)鎧裝熱電偶2分別穿過攪拌頭I上的傾斜通孔，到達(dá)上軸肩1-1的端面；如圖3所示，四個(gè)鎧裝熱電偶2到達(dá)上軸肩1-1的端面的終點(diǎn)2-1、2-2、2-3、2-4，這四個(gè)終點(diǎn)與圓心距離不等；攪拌頭安裝在夾持器之后，兩者軸線重合，如圖1所示，在平行于這四個(gè)終點(diǎn)的徑向方向、攪拌摩擦頭夾持器3上，分別安裝四個(gè)高速接近開關(guān)4-1、4-2、4-2、4-4，即保證4-1、4-2、4-3、4-4所處徑向分別與點(diǎn)2-1、2_2、2_3、2-4所處徑向平行；如圖1、圖3、圖4所示，特別在攪拌摩擦焊機(jī)的機(jī)頭上固定一個(gè)半圓的圓弧磁鋼片5，該圓弧磁鋼片5是不旋轉(zhuǎn)的，即相對機(jī)頭靜止，但跟隨機(jī)頭在焊接方向上同步移動(dòng)；該圓弧磁鋼片5與高速接近開關(guān)4-1、4-2、4-3、4-4配合工作，在攪拌頭I高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，當(dāng)接近開關(guān)進(jìn)入圓弧磁鋼片5的圓弧區(qū)域，就會有相應(yīng)的感應(yīng)信號，這表明相應(yīng)的鎧裝熱電偶2測溫點(diǎn)已經(jīng)進(jìn)入上軸肩1-1與工件14接觸面前半部分，從而為系統(tǒng)采集提供相應(yīng)信號，然后系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)位置信號，提取相應(yīng)鎧裝熱電偶2的輸出。
[0037]本發(fā)明考慮滯后特性的相差提取法讀取上軸肩1-1與工件接觸面前半部分溫度Tm:如圖5所示，設(shè)鎧裝熱電偶2在終點(diǎn)2-1、2-2、2-3、2-4點(diǎn)的溫度輸出分別為:T2-1、T2-2、T2-3、T2-4，設(shè)高速接近開關(guān)4-1、4_2、4-3、4_4接近圓弧磁鋼片5時(shí)，發(fā)出的信號分別為t4-l、t4-2、t4-3、t4-4 ;當(dāng)t4_l、t4_2、t4_3、t4_4中任何一個(gè)信號為高電平時(shí)，說明相應(yīng)的鎧裝熱電偶2已經(jīng)進(jìn)入上軸肩1-1與工件14接觸面前半?yún)^(qū)域；攪拌頭I旋轉(zhuǎn)一周的過程中，某一時(shí)刻只能有兩個(gè)鎧裝熱電偶2穩(wěn)定地處于上軸肩1-1與工件14接觸面的前半部分。
[0038]考慮到鎧裝熱電偶2的時(shí)間滯后特性，設(shè)滯后常數(shù)為td，則系統(tǒng)應(yīng)該在每檢測到t4-l、t4-2、t4-3、t4-4之后，延時(shí)td，td通常選擇為0.1秒，然后再對相應(yīng)鎧裝熱電偶2輸出信號T2-1、T2-2、T2-3、T2-4進(jìn)行讀??；設(shè)高速接近開關(guān)進(jìn)入前半?yún)^(qū)域順序分別為4_1、4-2、4-3、4-4，相差為90°，因此攪拌頭I旋轉(zhuǎn)一周的過程中，每旋轉(zhuǎn)90°，上軸肩1_1與工件14接觸面的前半部分溫度Tm分別是:
[0039](T2-4+T2-l)/2、 (T2-1+T2-2)/2、 (T2-2+T2-3)/2、 (T2-3+T2-4)/2
[0040]可見，上述利用高速接近開關(guān)進(jìn)入前半?yún)^(qū)域順序，選擇性讀取熱電偶輸出信號并計(jì)算，這種讀取上軸肩1-1與工件14接觸面前半?yún)^(qū)域溫度的方法簡單易行，幾乎不受轉(zhuǎn)速和鎧裝熱點(diǎn)偶2滯后特性影響。
[0041]其次，檢測攪拌頭I前方待焊區(qū)的特征點(diǎn)溫度。如圖6和圖7所示，使用與攪拌摩擦焊機(jī)機(jī)頭同步前進(jìn)的小車，該小車底部安裝有四個(gè)壓簧式熱電偶9-1、9-2、9-3、9-4，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，在小車彈簧11和安裝板12的作用下，這四個(gè)壓簧式熱電偶9-1、9-2、9-3、9-4緊貼在工件14表面，壓簧式熱電偶9與工件14的接觸點(diǎn)分別對應(yīng)圖1中6-1、6-2、6-3、6-4 ；設(shè)壓簧式熱電偶9-1、9-2、9-3、9-4在接觸點(diǎn)6-1、6-2、6-3、6-4處的輸出分別為T6-1、T6-2、T6-3、T6-4，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，壓簧式熱電偶9的輸出可連接相應(yīng)變送器，最后由計(jì)算機(jī)讀取。
[0042]提取特征點(diǎn)溫度的變化參數(shù)。讀取Tm、T6-l、T6-2、T6-3、T6_4，并分別計(jì)算以下各式:
[0043]Δ Tl = Tm — T6-1
[0044]Δ T2 = Tm - T6-4
[0045]Δ T3 = T6-1 — T6-2
[0046]Δ T4 = T6-4 — T6-3
[0047]如圖8所示，基于溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置的調(diào)整方法包括以下步驟:
[0048]Stepl:進(jìn)行初始工作，鎧裝熱電偶2和壓簧式熱電偶9上電，分別設(shè)定攪拌頭焊接速度和旋轉(zhuǎn)速度的最小值Vmin、Wmin和最大值Vmax、Wmax,設(shè)置Tm的正常運(yùn)行區(qū)間[470,520]°C，設(shè)置轉(zhuǎn)速步進(jìn)變量幅值A(chǔ)W = 30，，步進(jìn)時(shí)間為10s，設(shè)置調(diào)節(jié)系數(shù)K的區(qū)間[0.6，2]；
[0049]St印2:檢測Λ Τ1、Λ Τ2、Λ Τ3、Λ T4，判斷Λ Tl或Λ Τ2是否小于380攝氏度，如小于380攝氏度，進(jìn)行St印3，否則，轉(zhuǎn)入St印4 ；
[0050]Step3:判斷實(shí)時(shí)焊接速度是否增加至設(shè)定焊接速度最大值，如是，轉(zhuǎn)而步進(jìn)增加旋轉(zhuǎn)速度，以步進(jìn)方式增加旋轉(zhuǎn)速度式，每一步轉(zhuǎn)速增量按照公式Λ?α-θ-Μ)變化，然后轉(zhuǎn)入Step2，如否，繼續(xù)增加實(shí)時(shí)焊接速度至焊接速度最大值，然后轉(zhuǎn)入Step2 ；
[0051]St印4:判斷Λ Τ3或Λ Τ4是否大于50攝氏度，如否，轉(zhuǎn)入St印3 ;如是，延遲2秒后，進(jìn)入Step5 ；
[0052]St印5:判斷Λ Τ3或Λ Τ4是否大于50攝氏度，如否，轉(zhuǎn)入St印4 ;如是，轉(zhuǎn)入St印6，進(jìn)入正常焊接階段；
[0053]St印6:判斷是否Tm超過設(shè)定溫度區(qū)間[470，520]攝氏度，如是，轉(zhuǎn)入St印7，如否，轉(zhuǎn)入Step8 ；
[0054]Step7:判斷Λ Tl或Λ Τ2是否大于或等于380攝氏度，如是，則步進(jìn)緩降旋轉(zhuǎn)速度，每一步轉(zhuǎn)速減量按照公式AW(l-e_Wt)變化，此時(shí)0.6〈K〈1如否，則步進(jìn)快降旋轉(zhuǎn)速度，每一步轉(zhuǎn)速減量按照公式AW(l-e_k<Nt)變化，此時(shí)1〈K〈2，然后轉(zhuǎn)入St印6 ；
[0055]StepS:判斷Tm是否處于設(shè)定溫度區(qū)間，如是，繼續(xù)判斷是否處于收尾階段，如不處于收尾階段，則轉(zhuǎn)入St印6，如處于收尾階段，則轉(zhuǎn)入St印10 ;如Tm超過設(shè)定溫度區(qū)間，則轉(zhuǎn)入Step9 ；
[0056]St印9:判斷Λ Tl或Λ Τ2是否大于或等于380攝氏度，如是，則快增旋轉(zhuǎn)速度，每一步轉(zhuǎn)速增量按照公式AW(l-e_k<Nt)變化，此時(shí)1〈K〈2 ;直到達(dá)到旋轉(zhuǎn)速度的最大值，如否，則緩增旋轉(zhuǎn)速度，每一步轉(zhuǎn)速增量按照公式AW(l-e_Wt)變化，此時(shí)0.6〈K〈1，然后轉(zhuǎn)入Step6 ；
[0057]SteplO:降低旋轉(zhuǎn)速度至區(qū)間最小值，繼續(xù)焊接；
[0058]St印11:攪拌摩擦頭移出工件后，焊接結(jié)束。
[0059]當(dāng)Tm大于560°C、A Tl或Λ Τ2小于360°C、A T3或Λ Τ4小于40°C，則焊接處于收尾階段。
[0060]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于前導(dǎo)區(qū)溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置，其特征在于:包括攪拌頭、安裝在攪拌摩擦焊機(jī)機(jī)頭的夾持器和與攪拌摩擦焊機(jī)機(jī)頭同步移動(dòng)的小車，所述攪拌頭通過夾持器夾持在機(jī)頭上且兩者同軸心，機(jī)頭上固定一個(gè)半圓的圓弧磁鋼片，夾持器的圓周方向每隔90°分別安裝一個(gè)高速接近開關(guān)，所述攪拌頭包含上軸肩、下軸肩和位于上軸肩和下軸肩之間的攪拌針，在上軸肩圓周方向上每隔90°安裝一個(gè)鎧裝熱電偶，在攪拌頭安裝在夾持器上之后，鎧裝熱電偶終點(diǎn)所處徑向分別與高速接近開關(guān)設(shè)置點(diǎn)所處徑向平行，鎧裝熱電偶通過無線傳輸模塊與控制器連接，所述小車包含小車主體、彈簧調(diào)整裝置、安裝在小車主體上的滾輪和壓簧式熱電偶，所述小車主體側(cè)面設(shè)有若干個(gè)小車凸臺，小車凸臺通過彈簧調(diào)整裝置與固定板連接，所述壓簧式熱電偶有4個(gè)，壓簧式熱電偶通過熱電偶套件與小車主體連接，壓簧式熱電偶通過溫度變送器與控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于前導(dǎo)區(qū)溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置，其特征在于:所述熱電偶套件包含中空臺階狀的熱電偶安裝桿、緩沖彈簧和蓋板，熱電偶安裝桿由下之上依次穿過緩沖彈簧和蓋板后通過調(diào)節(jié)螺母與蓋板連接，壓簧式熱電偶穿過熱電偶安裝桿的內(nèi)部，壓簧式熱電偶的引線用于外接溫度變送器，蓋板與小車主體連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于前導(dǎo)區(qū)溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置，其特征在于:所述小車凸臺有四個(gè)，彈簧調(diào)整裝置有四組，對稱的位于小車兩側(cè)，彈簧調(diào)整裝置包含第一支桿、第一緊固螺母、第二緊固螺母、第三緊固螺母和小車彈簧，第一支桿依次穿過第一緊固螺母、固定板、第二緊固螺母、小車彈簧、小車凸臺和第三緊固螺母。
4.一種基于權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的基于前導(dǎo)區(qū)溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置的調(diào)整方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)讀取四個(gè)鎧裝熱電偶點(diǎn)的溫度輸出分別為:Τ2-1、Τ2-2、Τ2-3、Τ2-4，四個(gè)壓簧式熱電偶檢測的溫度分別為Τ6-1、Τ6-2、Τ6-3、Τ6-4，設(shè)高速接近開關(guān)進(jìn)入前半?yún)^(qū)域順序分別為4-1、4-2、4-3、4-4，因此攪拌頭旋轉(zhuǎn)一周的過程中，攪拌頭每旋轉(zhuǎn)90°，上軸肩與工件接觸面的前半部分溫度 Tm 分別是:(Τ2-4+Τ2-1)/2、(Τ2-1+Τ2-2)/2、(Τ2-2+Τ2-3)/2、(Τ2-3+Τ2-4)/2,令 Λ Tl = Tm — T6-1，Δ T2 = Tm - Τ6-4，Δ Τ3 = Τ6-1 — Τ6-2，Δ Τ4=Τ6-4 - Τ6-3，然后分別設(shè)定攪拌頭焊接速度和旋轉(zhuǎn)速度的最小值Vmin、Wmin和最大值Vmax,Wmax,設(shè)置Tm的正常運(yùn)行區(qū)間[470，520] V，設(shè)置轉(zhuǎn)速步進(jìn)變量幅值Λ W，每步時(shí)間長度10s，設(shè)置調(diào)節(jié)系數(shù)K的區(qū)間[0.6,2]； (2)保持?jǐn)嚢桀^旋轉(zhuǎn)速度不變并慢慢咬入待焊金屬區(qū)域，在這一過程中，待焊金屬與攪拌頭高速摩擦產(chǎn)熱，前導(dǎo)區(qū)金屬溫度逐漸上升； (3)當(dāng)ΛTl或Λ Τ2小于溫度Τ7時(shí)，以一定量增幅逐漸增加實(shí)時(shí)焊接速度，如果實(shí)時(shí)焊接速度已經(jīng)增加至設(shè)定焊接最大速度，則不再增加，轉(zhuǎn)而步進(jìn)增加旋轉(zhuǎn)速度，以步進(jìn)方式增加旋轉(zhuǎn)速度式，每一步轉(zhuǎn)速增量按照公式AW(l-e-k<Nt)變化、此時(shí)k= l，t為該步時(shí)間變量，其范圍為[0，每步時(shí)間長度]，然后再次進(jìn)行判斷Λ Tl或Λ T2小于溫度T7，如否則進(jìn)入步驟⑷； (4)當(dāng)ΔTl或Λ Τ2大于或等于溫度Τ7時(shí)，無論實(shí)時(shí)焊接速度是否增加至焊接速度最大值，只要Λ Τ3或Λ Τ4大于50°C，則開始以焊接速度最大值進(jìn)行焊接； (5)當(dāng)ΛT3或Λ Τ4小于50°C，如果實(shí)時(shí)焊接速度仍未增加至焊接速度最大值，則繼續(xù)增加實(shí)時(shí)焊接速度，如果實(shí)時(shí)焊接速度已經(jīng)增加至焊接速度最大值，Δ T3或Λ Τ4仍然小于50°C，則保持焊接速度不變，以步進(jìn)方式增加旋轉(zhuǎn)速度式，每一步轉(zhuǎn)速增量按照公式Affd-e^)變化、此時(shí)k = I ;每一步轉(zhuǎn)速增加后再次判斷Λ Τ3或Λ Τ4是否大于等于50°C，如是則開始以焊接速度最大值進(jìn)行焊接，進(jìn)入步驟(6)，如否則繼續(xù)循環(huán)步驟(5)； (6)當(dāng)進(jìn)入焊接階段后，保持焊接速度不變，根據(jù)前導(dǎo)區(qū)溫度情況調(diào)整攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)Tm超過設(shè)定溫度區(qū)間時(shí)，如果Λ Tl或Λ Τ2小于TlO時(shí)，則步進(jìn)緩慢降低旋轉(zhuǎn)速度，每一步轉(zhuǎn)速減量按照公式AW(l-e_k<Nt)變化，此時(shí)0.6〈K〈1 ;當(dāng)Tm超過設(shè)定溫度區(qū)間時(shí)，如果Λ Tl或Λ Τ2大于或等于TlO時(shí)，則快速降低旋轉(zhuǎn)速度，每一步轉(zhuǎn)速減量按照公式Affd-e^)變化，此時(shí)1〈K〈2 ;當(dāng)Tm處于設(shè)定溫度區(qū)間時(shí)，繼續(xù)正常焊接，并判斷是否處于收尾階段；當(dāng)Tm小于設(shè)定溫度區(qū)間時(shí)，如果Λ Tl或Λ Τ2小于Τ10，緩慢增加旋轉(zhuǎn)速度，每一步轉(zhuǎn)速增量按照公式AW(l-e_Wt)變化，此時(shí)0.6〈K〈1 ;如果Λ Tl或Λ Τ2大于或等于Τ10，則快速增加旋轉(zhuǎn)速度每一步轉(zhuǎn)速增量為λ w，每一步轉(zhuǎn)速增量按照公式Λ?α-θ-Μ)變化，此時(shí)1〈Κ〈2 ;直到達(dá)到旋轉(zhuǎn)速度的最大值； (7)循環(huán)步驟(6)，當(dāng)Tm大于560°C、且ΛTl或Λ Τ2小于360°C、且Λ Τ3或Λ Τ4小于40°C時(shí)，可判斷為焊接區(qū)過熱，已經(jīng)進(jìn)入了收尾階段，此時(shí)，應(yīng)迅速降低旋轉(zhuǎn)速度至旋轉(zhuǎn)速度變化區(qū)間的最小值，直至焊接結(jié)束。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于前導(dǎo)區(qū)溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置的調(diào)整方法，其特征在于:焊接速度的每秒變化量不大于3mm/min,轉(zhuǎn)速步進(jìn)變量幅值Λ W不大于60rpmo
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于前導(dǎo)區(qū)溫度反饋的雙軸肩攪拌摩擦焊接裝置的調(diào)整方法，其特征在于:所述T7為380°C，T10為380°C。
【文檔編號】B23K20/12GK104209648SQ201410449491
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】陳書錦, 吳銘方, 李 浩, 薛俊榮, 方偉強(qiáng) 申請人:江蘇科技大學(xué)