本發(fā)明涉及焊接技術(shù)，尤其涉及一種攪拌摩擦焊的控制方法及設(shè)備。

背景技術(shù)：

攪拌摩擦焊的焊接成型原理是通過攪拌針對待焊工件的焊接區(qū)域進行攪拌，通過軸肩在一定的壓力下將塑性金屬壓實，最終形成致密的焊縫；由于攪拌摩擦焊具有焊接速度快、焊縫質(zhì)量穩(wěn)定性好、工件的殘余應(yīng)力和變形量小、無污染、耗材用量少，以及對環(huán)境溫濕度依賴小等優(yōu)點，因此，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，同時在軌道交通裝備制造業(yè)中的應(yīng)用也越來越多。

目前，攪拌摩擦焊中常見的控制方法是恒壓力控制方法，在焊接前預(yù)先設(shè)定壓力值，在焊接過程中，實時檢測實際壓力值，當(dāng)實際壓力值偏離設(shè)定壓力值時，通過調(diào)整攪拌頭的壓入量保證在焊接過程中的壓力恒定。對于相同結(jié)構(gòu)的焊接接頭形式和攪拌頭，如果攪拌頭壓入量過大，容易造成背部焊洇、吊鉤尺寸過大、飛邊等焊接缺陷；如果攪拌頭壓入量過小，則容易導(dǎo)致焊縫有效熔深不夠，因此只有當(dāng)壓入量保持恒定時，才能夠焊接出合格的焊縫。然而，由于母材結(jié)構(gòu)以及裝配狀態(tài)的差異性，為了保證壓力的恒定，壓入量勢必發(fā)生改變，這就導(dǎo)致了焊接質(zhì)量的較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明提供一種攪拌摩擦焊的控制方法及設(shè)備，能夠提高焊縫質(zhì)量。

本發(fā)明的第一個方面是提供一種攪拌摩擦焊的控制方法，包括：

將待焊工件裝配到位之后，在恒定的壓入量下，控制所述攪拌頭對所述待焊工件進行焊接；

在滿足預(yù)設(shè)規(guī)則之后，在恒定的壓力下，控制所述攪拌頭對所述待焊工件的剩余部分進行焊接。

進一步地，在恒定的壓入量下，控制所述攪拌頭對所述待焊工件進行焊接的同時，檢測攪拌頭中軸肩的壓力；

所述在滿足預(yù)設(shè)規(guī)則之后，在恒定的壓力下，控制所述攪拌頭對所述待焊工件的剩余部分進行焊接，包括：

對檢測的所述壓力進行分析，以判斷所述壓力是否處于穩(wěn)定狀態(tài)；

在確定所述壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)之后，根據(jù)所述穩(wěn)定狀態(tài)下的壓力，控制所述攪拌頭對所述待焊工件的剩余部分進行焊接。

進一步地，所述對檢測的所述壓力進行分析，以判斷所述壓力是否處于穩(wěn)定狀態(tài)包括：

將當(dāng)前壓力與所述當(dāng)前壓力之前的預(yù)設(shè)個數(shù)的歷史壓力進行對比；若所述當(dāng)前壓力與各所述歷史壓力之間的差值小于第一預(yù)設(shè)差值，則確定所述壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)；

或者，將當(dāng)前壓力與預(yù)設(shè)壓力范圍進行對比，若在預(yù)設(shè)距離或者預(yù)設(shè)時間段內(nèi)，所述當(dāng)前壓力處于所述預(yù)設(shè)壓力范圍內(nèi)，則確定所述壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。

進一步地，所述根據(jù)所述穩(wěn)定狀態(tài)下的壓力對所述待焊工件的剩余部分進行焊接，包括：

在恒定的所述當(dāng)前壓力下對所述待焊工件的剩余部分進行焊接；

或者，

確定所述當(dāng)前壓力與歷史壓力之間的第一平均值，在恒定的所述第一平均值下對所述待焊工件的剩余部分進行焊接。

進一步地，所述對檢測的所述壓力進行分析，以判斷所述壓力是否處于穩(wěn)定狀態(tài)包括：

確定所述預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的壓力的第二平均值；

將所述預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的壓力與所述第二平均值進行對比；

若所述預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的壓力與所述第二平均值之間的差值均小于第二預(yù)設(shè)值，則確定所述壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。

本發(fā)明的另一個方面是提供一種攪拌摩擦焊的控制系統(tǒng)，包括：

第一控制單元，用于將待焊工件裝配到位之后，在恒定的壓入量下，控制所述攪拌頭對所述待焊工件進行焊接；

第二控制單元，用于在滿足預(yù)設(shè)規(guī)則之后，在恒定的壓力下，控制所述攪拌頭對所述待焊工件的剩余部分進行焊接。

進一步地，所述攪拌摩擦焊的控制系統(tǒng)還包括：

壓力傳感器，用于檢測所述攪拌頭中軸肩的壓力；

判斷單元，對檢測的所述壓力進行分析，以判斷所述壓力是否處于穩(wěn)定狀態(tài)；

所述第二控制單元用于在確定所述壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)之后，根據(jù)所述穩(wěn)定狀態(tài)下的壓力，控制所述攪拌頭對所述待焊工件的剩余部分進行焊接。

進一步地，所述判斷單元包括：

第一對比模塊，用于將當(dāng)前壓力與所述當(dāng)前壓力之前的預(yù)設(shè)個數(shù)的歷史壓力進行對比；

第一確定模塊，用于在所述當(dāng)前壓力與各所述歷史壓力之間的差值小于第一預(yù)設(shè)差值時，確定所述壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)；

或者，

第一對比模塊，用于將當(dāng)前壓力與預(yù)設(shè)壓力范圍進行對比；

第一確定模塊，用于在預(yù)設(shè)距離或者預(yù)設(shè)時間段內(nèi)，所述當(dāng)前壓力處于所述預(yù)設(shè)壓力范圍內(nèi)時，確定所述壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。

進一步地，所述第二控制單元具體用于在確定所述壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)之后，在恒定的所述當(dāng)前壓力下對所述待焊工件的剩余部分進行焊接；

或者，

所述第二控制單元具體用于在確定所述壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)之后，確定所述當(dāng)前壓力與歷史壓力之間的第一平均值，在恒定的所述第一平均值下對所述待焊工件的剩余部分進行焊接。

進一步地，所述判斷單元包括：

第二確定模塊，用于確定所述預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的壓力的第二平均值；

第二對比模塊，用于將所述預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的壓力與所述第二平均值進行對比；

第三確定模塊，用于在所述預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的壓力與所述第二平均值之間的差值均小于第二預(yù)設(shè)值時，確定所述壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)

本發(fā)明提供的攪拌摩擦焊的控制方法及系統(tǒng)，通過在恒定的壓入量下，控制攪拌頭對待焊工件進行焊接，在滿足預(yù)設(shè)條件之后，控制攪拌頭對待焊工件的剩余部分進行焊接，能夠有效克服恒定壓力值過大造成壓入量過大導(dǎo)致的背部焊洇、吊鉤尺寸過大、飛邊等焊接缺陷，以及恒定壓力值過小造成壓入量過小導(dǎo)致的焊縫有效熔深不夠的問題，更好地提高了焊縫質(zhì)量，進而提高了焊接效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明攪拌摩擦焊的控制方法一實施例的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明攪拌摩擦焊的控制方法另一實施例的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明攪拌摩擦焊的控制系統(tǒng)一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明攪拌摩擦焊的控制系統(tǒng)另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。

基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。在不沖突的情況下，下述的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

需要說明的是，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于方便描述不同的部件，而不能理解為指示或暗示順序關(guān)系、相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。

圖1為本發(fā)明實施例攪拌摩擦焊的控制方法的流程示意圖。請參照圖1，本實施例提供一種攪拌摩擦焊的控制方法，包括：

S101、將待焊工件裝配到位之后，在恒定的壓入量下，控制所述攪拌頭對所述待焊工件進行焊接；

具體地，在對待焊工件進行焊接之前，需要操作人員對待焊工件進行打磨去除氧化膜，對待焊表面進行清洗以去油污，將待焊工件裝卡在攪拌摩擦焊工裝上，使其滿足裝配要求，并調(diào)試攪拌摩擦焊設(shè)備；例如：采用角磨機和鋼絲刷打磨去除待焊工件的氧化膜，用D40對待焊工件的焊接區(qū)域進行清洗去除油污，在攪拌摩擦焊工裝上對待焊工件進行裝配、壓緊，并采用大力鉗對待焊工件兩端進行加緊。

將待焊工件裝配到位之后，操作人員還可以對焊接參數(shù)進行設(shè)置；其中，焊接參數(shù)包括：攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度、焊接速度以及壓入量。當(dāng)然，當(dāng)默認(rèn)的焊接參數(shù)能夠滿足本次焊接時，則不需要對焊接參數(shù)機進行設(shè)置。設(shè)置好焊接參數(shù)之后，在待焊工件的首端，根據(jù)壓力量將攪拌頭插入待焊工件的焊接區(qū)域。

將待焊工件以及攪拌頭裝配到位之后，開始焊接的第一階段；在焊接的第一階段中，采用恒位移控制方法，并通過激光追蹤器保證攪拌頭的壓入量恒定，能夠有效克服恒定壓力值過大造成壓入量過大導(dǎo)致的背部焊洇、吊鉤尺寸過大、飛邊等焊接缺陷，以及恒定壓力值過小造成壓入量過小導(dǎo)致的焊縫有效熔深不夠的問題，更好地提高了焊縫質(zhì)量，進而提高了焊接效率。

S102、在滿足預(yù)設(shè)規(guī)則之后，在恒定的壓力下，控制所述攪拌頭對所述待焊工件的剩余部分進行焊接。

具體地，可以在攪拌頭移動的距離達到第一閾值時，獲取攪拌頭軸肩的當(dāng)前壓力，以該當(dāng)前壓力為恒定的壓力，控制所述攪拌頭對所述待焊工件的剩余部分進行焊接；或者在攪拌頭移動的時間達到第二閾值時，獲取攪拌頭軸肩的當(dāng)前壓力，以該當(dāng)前壓力為恒定的壓力，控制所述攪拌頭對所述待焊工件的剩余部分進行焊接。其中，通過獲取當(dāng)前壓力作為恒定的壓力，能夠針對每個待焊工件確定合適的恒定壓力值。本實施例對于第一閾值和第二閾值的具體數(shù)值不做具體限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行設(shè)置。

本實施例提供的攪拌摩擦焊的控制方法，通過在恒定的壓入量下，控制攪拌頭對待焊工件進行焊接，在滿足預(yù)設(shè)條件之后，控制攪拌頭對待焊工件的剩余部分進行焊接，能夠有效避免恒定壓力值過大造成的背部焊洇、吊鉤尺寸過大、飛邊等焊接缺陷，以及恒定壓力值過小導(dǎo)致的焊縫有效熔深不夠的問題，更好地提高了焊縫質(zhì)量，進而提高了焊接效率。

圖2為本發(fā)明攪拌摩擦焊的控制方法另一實施例的流程示意圖。請參照圖2，S201、在恒定的壓入量下，控制攪拌頭對待焊工件進行焊接，并檢測攪拌頭中軸肩的壓力；

在控制攪拌頭對待焊工件進行焊接的過程中，由壓力傳感器檢測焊接過程中攪拌頭軸肩的、用于將塑性金屬壓實的壓力，并將該壓力發(fā)送至相應(yīng)的終端設(shè)備。其中，終端設(shè)備可以為計算機。

S202、判斷壓力是否處于穩(wěn)定狀態(tài)；

對檢測的壓力進行分析，以判斷壓力是否處于穩(wěn)定狀態(tài)；具體地，由終端設(shè)備對壓力進行分析。例如：可以將當(dāng)前壓力與當(dāng)前壓力之前的預(yù)設(shè)個數(shù)的歷史壓力進行對比，若當(dāng)前壓力與各歷史壓力之間的差值小于第一預(yù)設(shè)差值，則確定壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。其中，本實施例對于預(yù)設(shè)個數(shù)以及第一預(yù)設(shè)差值不做具體限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行設(shè)置。

或者,可以確定預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的壓力的第二平均值,將預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的壓力與第二平均值進行對比；若預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的壓力與第二平均值之間的差值均小于第二預(yù)設(shè)值，則確定壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。其中，本實施例對于預(yù)設(shè)時間段以及第二預(yù)設(shè)差值不做具體限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行設(shè)置。

較佳地，將當(dāng)前壓力與預(yù)設(shè)壓力范圍進行對比，若在預(yù)設(shè)距離或者預(yù)設(shè)時間段內(nèi)，當(dāng)前壓力處于所述預(yù)設(shè)壓力范圍內(nèi)，則確定壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。其中，本實施例對于預(yù)設(shè)壓力范圍、預(yù)設(shè)時間段、預(yù)設(shè)距離均不做具體限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行設(shè)置。

S203、在確定壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)之后，根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)下的壓力，控制攪拌頭對待焊工件的剩余部分進行焊接。

具體地，在確定壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)之后，焊接進入第二階段，此時恒位移控制不再起作用，而是進入恒壓力控制；可以以第一平均值或者第二平均值為恒定壓力值對待焊工件的剩余部分進行焊接，直至焊接完成；或者以當(dāng)前壓力為恒定壓力值對待焊工件的剩余部分進行焊接，直至焊接完成；或者以與第一平均值或第二平均值之間的差距最小的壓力為恒定壓力值對待焊工件的剩余部分進行焊接，直至焊接完成。

本實施例中，在焊接的第二階段中，壓力傳感器實時檢測壓力，并將檢測的實際壓力與恒定壓力值進行對比，當(dāng)實際壓力值小于恒定壓力值時，控制攪拌頭下壓深入待焊工件以獲得更大的壓力值；當(dāng)實際壓力值大于設(shè)定壓力值，控制攪拌頭上移減少實際壓力值，從而保證第二階段中的壓力恒定。

在焊接完成后，抽出攪拌頭，對焊縫進行打磨處理；然后測量工件的外形尺寸并對工件進行調(diào)修；最后檢測焊縫的斷面。

本實施例提供的攪拌摩擦焊的控制方法，通過在恒定的壓入量下，控制攪拌頭對待焊工件進行焊接，并檢測攪拌頭中軸肩的壓力，在確定壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)之后，根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)下的壓力，控制攪拌頭對待焊工件的剩余部分進行焊接，針對每個待焊工件確定合適的恒定壓力值，恒定壓力值對待焊工件具有更高的適應(yīng)性，有效避免了恒定壓力值過大造成的背部焊洇、吊鉤尺寸過大、飛邊等焊接缺陷，以及恒定壓力值過小導(dǎo)致的焊縫有效熔深不夠的問題，更好地提高了焊縫質(zhì)量，進而提高了焊接效率。

此外，本實施例提供的攪拌摩擦焊的控制方法，對待焊工件的適應(yīng)性比較強，可以適當(dāng)降低對待焊工件的精度要求，從而降低了待焊工件的設(shè)計和制造成本。本實施例提供的攪拌摩擦焊的控制方法，對裝配條件的一致性要求較低，從而能夠縮短裝配時間，且降低工裝的設(shè)計和制造成本。

圖3為本發(fā)明攪拌摩擦焊的控制系統(tǒng)一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。請參照圖3，本實施例提供一種攪拌摩擦焊的控制系統(tǒng)，該攪拌摩擦焊的控制系統(tǒng)用于執(zhí)行前述方法實施例中的相應(yīng)步驟，其實現(xiàn)過程及效果與前述實施例相同或者相似。

攪拌摩擦焊的控制系統(tǒng)，包括：第一控制單元200，用于將待焊工件裝配到位之后，在恒定的壓入量下，控制所述攪拌頭對所述待焊工件進行焊接；第二控制單元400，用于在滿足預(yù)設(shè)規(guī)則之后，在恒定的壓力下，控制所述攪拌頭對所述待焊工件的剩余部分進行焊接。

圖4為本發(fā)明攪拌摩擦焊的控制系統(tǒng)另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。請參照圖4，進一步地，所述攪拌摩擦焊的控制系統(tǒng)還包括：壓力傳感器100，用于檢測攪拌頭中軸肩的壓力；判斷單元300，用于對檢測的壓力進行分析，以判斷壓力是否處于穩(wěn)定狀態(tài)；相應(yīng)地，第二控制單元400，用于在確定壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)之后，根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)下的壓力，控制攪拌頭對待焊工件的剩余部分進行焊接。

其中，本實施例對于壓力傳感器100的設(shè)置位置及設(shè)置方式不做具體限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行設(shè)置，只要能夠?qū)崿F(xiàn)其檢測功能即可；例如壓力傳感器100可以設(shè)置在攪拌頭的軸肩上。

進一步地，攪拌摩擦焊的控制系統(tǒng)還包括：

接收單元，用于接收對焊接參數(shù)的設(shè)置；其中，焊接參數(shù)包括：攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度、焊接速度以及壓入量。

在本實施例的一種可選實施方式中，進一步地，判斷單元300包括：

第一對比模塊，用于將當(dāng)前壓力與當(dāng)前壓力之前的預(yù)設(shè)個數(shù)的歷史壓力進行對比，

第一確定模塊，用于在當(dāng)前壓力與各歷史壓力之間的差值小于第一預(yù)設(shè)差值時，確定壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。

在本實施例的另一種可選實施方式中，判斷單元300包括：

第一對比模塊，用于將當(dāng)前壓力與預(yù)設(shè)壓力范圍進行對比；

第一確定模塊，用于在預(yù)設(shè)距離或者預(yù)設(shè)時間段內(nèi)，所述當(dāng)前壓力處于所述預(yù)設(shè)壓力范圍內(nèi)時，確定所述壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。

進一步地，第二控制單元400具體用于在確定壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)之后，在恒定的當(dāng)前壓力下對待焊工件的剩余部分進行焊接；

或者，

第二控制單元400具體用于在確定壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)之后，確定當(dāng)前壓力與歷史壓力之間的第一平均值，在恒定的第一平均值下對待焊工件的剩余部分進行焊接。

進一步地，判斷單元300包括：

第二確定模塊，用于確定預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的壓力的第二平均值；

第二對比模塊，用于將預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的壓力與第二平均值進行對比；

第三確定模塊，用于在預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的壓力與第二平均值之間的差值均小于第二預(yù)設(shè)值時，確定壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。

本實施例提供的攪拌摩擦焊的控制系統(tǒng)，通過在恒定的壓入量下，控制攪拌頭對待焊工件進行焊接，在滿足預(yù)設(shè)條件之后，控制攪拌頭對待焊工件的剩余部分進行焊接，能夠有效避免恒定壓力值過大造成的背部焊洇、吊鉤尺寸過大、飛邊等焊接缺陷，以及恒定壓力值過小導(dǎo)致的焊縫有效熔深不夠的問題，更好地提高了焊縫質(zhì)量，進而提高了焊接效率。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實現(xiàn)上述各方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成。前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中。該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述各方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。