[发明专利]一种前进阻力与干湿分离线联合反馈控制的薄板搅拌摩擦焊接装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种前进阻力与干湿分离线联合反馈控制的薄板搅拌摩擦焊接装置及其使用方法，该焊接装置包括压紧装置、喷水孔、抽水孔、金属参考丝组、视频识别装置和压力传感器，所述压紧装置包括上部的夹持板和底部的U型压板，夹持板和U型压板之间以浮动弹簧压杆连接，所述金属参考丝组由多根金属参考丝组成。本装置结构简单，安装便捷，利用搅拌头前进阻力F及超过滞区后的变化率δ_F来判定焊接区域温度高低，利用搅拌头前方干湿分界线与金属参考丝的距离δ_L来判定焊接区域高温区大小，可解决以往高速搅拌摩擦焊接时薄板变形的问题。

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，尤其涉及到一种前进阻力与干湿分离线联合反馈控制的薄板搅拌摩擦焊接装置，并具体公开了该装置的使用方法。

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，搅拌摩擦焊与常规摩擦焊一样是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源。不同之处在于搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状的搅拌针伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。

搅拌摩擦焊和传统的熔焊相比，由于搅拌摩擦焊接时的温度相对较低，因此焊接后结构的残余应力或变形也较熔化焊小得多；搅拌摩擦焊作为一种固相焊接方法，焊接前及焊接过程中对环境的污染小；搅拌摩擦焊接过程无需添加焊丝，焊铝合金时不需焊前除氧化膜，不需要保护气体，成本低；可焊热裂纹敏感的材料，适合异种材料焊接；能一次完成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接，接头高；因此，搅拌摩擦焊在现今生产制造中得到广泛的应用。

随着对产品精度、可靠性和减重方面的要求越来越高，在生产制造中，如何实现构件高精度、高质量的连接对推动产品发展具有极其重要的意义。搅拌摩擦焊技术通常针对壁厚2mm以上的材料进行连接，而微搅拌摩擦焊技术采用超高转速和超小轴肩搅拌工具进行焊接，主要针对的连接厚度为1mm以下的工件；在焊接过程中，材料的产热和流动机制都有其独特之处。

焊接变形是焊接过程中经常出现的问题，主要是焊接过程中对焊件进行了局部的、不均匀的加热而造成的。处于高温焊接区域的材料在加热过程中的膨胀量大，受到周围温度较低、膨胀量小的材料的限制而不能自由地进行。特别是对薄板结构件进行焊接时极易出现变形现象，薄板结构件的壁厚小，焊接难度大，在焊接过程中焊接区域的温度不易控制，这些都会导致焊接变形严重。

常见的用于控制搅拌摩擦焊变形的方法有钢件固定法和冷却法等，钢件固定法是设计合理的焊接夹具，将焊件固定起来进行焊接的方法，该方法可增加其刚性，达到减小焊接变形的目的。冷却法是通过水雾、冷气等方法对焊缝局部区域进行冷却，一方面降低接头温度总体水平，另一方面使高温区变窄，降低接头温度场非对称性，抑制热变形。

但是，上述方法均只能在一定程度上降低残余应力，很难消除变形。因此，有必要设计一种更为高效的焊接装置，在焊接过程中能更为精确的控制高温焊接区的温度，保证焊接质量。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种前进阻力与干湿分离线联合反馈控制的薄板搅拌摩擦焊接装置及其使用方法，利用搅拌头前进阻力F及超过滞区后的变化率δ_F来判定焊接区域温度高低，利用搅拌头前方干湿分界线与金属参考丝的距离δ_L来判定焊接区域高温区大小，解决以往高速搅拌摩擦焊接薄板变形的问题。

本发明的具体技术方案如下所述：

一种前进阻力与干湿分离线联合反馈控制的薄板搅拌摩擦焊接装置，包括压紧装置、喷水孔、抽水孔、金属参考丝组、视频识别装置和压力传感器，所述压紧装置包括上部的夹持板和底部的U型压板，夹持板和U型压板之间以浮动弹簧压杆连接。