[发明专利]一种搅拌摩擦焊接方法及搅拌摩擦焊接系统

权利要求书

1.一种搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：包括搅拌头压力校准、焊接扎入阶段和焊接保压阶段；

其中，所述搅拌头压力校准是根据实测压力Pz进行校准以获得实际压力P，所述焊接扎入阶段执行以预设压力P0进行的恒定压力控制；

优选地，搅拌头压力校准包括：采用力学传感器检测搅拌头的压力值Pz，搅拌头实际所受压力值P＝Pz-G×sinθ；其中，G表示所述力学传感器与被焊工件之间的装置自身重力；θ为搅拌头轴线与水平面的夹角，被焊工件位于搅拌头上方时0＜θ＜π，被焊工件位于搅拌头下方时π＜θ＜2π，垂直立焊时θ＝0或π；

优选地，所述焊接扎入阶段包括：将搅拌头扎入被焊工件的焊接起始点，设定焊接压力目标值P0；当搅拌头所受实际压力P＜P0时继续向被焊工件扎入，直至P＝P0停止扎入；

优选地，所述焊接保压阶段是保持搅拌头位置和转速不变；更优选地，在所述焊接保压阶段中，保持时间为0-30s，更优选为2-10s；

优选地，在所述焊接扎入阶段之间进行焊前定位及路径规划，包括：在搅拌头达到焊接起始位置之前进行路径规划；更优选地，焊前定位及路径规划过程中所采用的路径规划方法为离线编程或试教法。

2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，所述搅拌摩擦焊接方法还包括在所述焊接保压阶段之后进行的稳定焊接阶段，所述力学传感器为用于检测搅拌头所受压力、前景阻力和扭矩的多维力传感器；

其中，所述稳定焊接阶段是搅拌头以设定转速和前进速度沿焊接路径进行焊接，所述稳定焊接阶段中所采用的控制策略选自恒压力控制、恒前进阻力控制和恒扭矩控制中的任意一种、两种或三种。

3.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，在进行所述焊前定位及路径规划之前，进行搅拌头前进阻力校准；采用多维力传感器检测搅拌头焊接前进方向所受阻力值Fx，搅拌头实际所受阻力值F＝Fx+G×cosθ；

其中，G表示所述多维力传感器与被焊工件之间的装置自身重力，θ为搅拌头轴线与水平面的夹角；

被焊工件位于搅拌头上方且从上向下焊接时，0＜θ＜1/2π；

被焊工件位于搅拌头上方且从下向上焊接时，1/2π＜θ＜π；

被焊工件位于搅拌头下方且从下向上焊接时，π＜θ＜3/2π；

被焊工件位于搅拌头下方且从上向下焊接时，3/2π＜θ＜2π；

垂直立向下焊时，θ＝0；

垂直立向上焊时，θ＝π。

4.根据权利要求3所述的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，所述恒前进阻力控制的策略包括：设定焊接前进阻力目标值F1，校准后搅拌头所受实际阻力F＜F1时，提高焊接前进速度直至F＝F1；搅拌头所受实际阻力F＞F1时，降低焊接前进速度直至F＝F1。

5.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，所述恒压力控制的策略包括：设定焊接压力目标值P1，校准后搅拌头所受实际压力P＜P1时，搅拌头沿工件表面法线方向扎入被焊工件直至P＝P1；搅拌头所受实际压力P＞P1时，搅拌头沿工件表面法线方向远离被焊工件直至P＝P1。

6.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，所述恒扭矩控制的策略包括：设定焊接扭矩目标值T1，采用所述多维力传感器测得搅拌头的扭矩T，T＜T1时降低搅拌头转速直至T＝T1，T＞T1时提高搅拌头转速直至T＝T1。