[发明专利]一种搅拌摩擦焊接方法及搅拌摩擦焊接系统

说明书

本发明提供了一种搅拌摩擦焊接方法及搅拌摩擦焊接系统，涉及搅拌摩擦焊接技术领域。搅拌摩擦焊接方法，包括：搅拌头压力校准、焊前定位及路径规划、焊接扎入阶段、焊接保压阶段等，其通过对搅拌头实际所受压力进行校准，无需专用校准工具，使焊接过程中力学信息的测量更加精确，进而有效保证良好的焊缝成形。搅拌摩擦焊接系统，其采用能够测量搅拌头的压力、前进阻力和扭矩的多维力传感器，通过控制系统进行压力、前进阻力的校准，并通过控制系统进行恒定压力、恒定前进阻力或恒定扭矩的控制。结构紧凑、集成化程度高，能够使焊接过程中力学信息的测量更加精确。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接技术领域，具体而言，涉及一种搅拌摩擦焊接方法及搅拌摩擦焊接系统。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，在焊接低熔点金属时，具有焊接质量高，焊接变形小，无环境污染等显著优势，已成为各行业焊接铝、镁等合金的首选工艺。在加工制造业向着智能化快速发展的背景下，将搅拌摩擦焊与工业机器人相结合，开发智能化搅拌摩擦焊接机器人已成为未来发展的趋势。

然而，与常规搅拌摩擦焊接专机相比，搅拌摩擦焊接机器人刚度较低，在较大的焊接载荷下机械臂会发生弹性变形，导致搅拌头的实际压入深度发生变化，无法保证焊接的稳定性和接头质量。因此，通常在机器人搅拌摩擦焊接过程中采用恒压力控制的方式，即以保证焊接载荷不变为目标，通过对焊接压力的检测及反馈，实时调整机器人的下压位置，以消除机械臂弹性变形的影响。

但是，现有基于恒压力控制的机器人搅拌摩擦焊接方法还存在一定不足：(1)焊接压力只是能反应焊接质量的力学参量之一，单一的恒压力控制方式不能保证高质量焊接。(2)在空间全位置焊接时，由于焊接姿态的不同，无论力学传感器安装至何位置均会对所测得的焊接压力带来影响，从而影响控制的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种搅拌摩擦焊接方法，旨在更精确地控制焊接过程中的压力，保证良好的焊缝成形。

本发明的另一目的在于提供一种搅拌摩擦焊接系统，旨在测试搅拌头的压力、扭矩和前进阻力，提高焊接过程中力学信息测量的精确性。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种搅拌摩擦焊接方法，包括如下步骤：

搅拌头压力校准：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；

焊前定位及路径规划：在搅拌头达到焊接起始位置之前进行路径规划；

焊接扎入阶段：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；

焊接保压阶段：保持搅拌头位置和转速不变；

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；

优选地，在焊接保压阶段中，保持时间为0-30s，更优选为2-10s。

本发明还提供一种搅拌摩擦焊接系统，包括：

主轴系统，用于进行焊接；

检测系统，其用于对搅拌头的压力、前进阻力和扭矩中的至少一种进行检测；