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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(yè)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(tài)結合技術。FSW在焊接過程中會對設備產(chǎn)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(shù)控系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)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，F(xiàn)SW應用的控制系統(tǒng)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(tǒng)以補償焊頭相對于零件表面和關節(jié)位置的垂直和橫向定位偏差。開發(fā)了一個新的機械控制系統(tǒng)（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(tǒng)既提高了FSW的焊接能力，又降低了生產(chǎn)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(tǒng)

為了保證FSW的精度問題，需要對機械控制系統(tǒng)進行力、位置、力矩的控制。①開發(fā)一套力控制的數(shù)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(nèi)。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(zhuǎn)矩，該控制轉(zhuǎn)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(shù)。

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(tǒng)方法得到的焊接件性能有了很大提高。