本發(fā)明屬于焊接設備，尤其涉及一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控裝置及方法。

背景技術：

1、在汽車整車輕量化水平和強度要求不斷提高的背景下，對汽車輪輞的制造提出了更高的要求。傳統(tǒng)的鑄造輪輞存在強度較低、重量較重、熱傳導性能較差等缺點；而鍛造輪輞存在成本較高和維修困難的缺陷，因此需要一種先進的連接技術對輪輞軸向進行連接。

2、攪拌摩擦焊技術自問世以來，得到了快速發(fā)展和廣泛應用。采用攪拌摩擦焊的方法對輪輞軸向進行焊接，不但可以減少加工時間、降低耗材成本、更有助于提高焊接接頭質(zhì)量。在輪輞的攪拌摩擦焊接過程中，焊接熱源主要來自于攪拌頭軸肩與材料的摩擦產(chǎn)熱以及材料的塑性變形熱，因而摩擦產(chǎn)熱越多、塑性變形越大，焊接溫度也就越高，因而在一定范圍內(nèi)，焊縫的溫度和振幅頻率對焊縫的組織成形和強度具有很強的影響。在實際焊接操作中，焊接板材的厚度誤差以及工作臺表面的平整度等因素均會導致焊接過程的變化，從而引起溫度峰值與振幅頻率峰值的改變，最終導致焊縫的接頭質(zhì)量不均勻性增加。

3、在攪拌摩擦焊過程中，焊縫的溫度和振幅頻率是動態(tài)變化的，現(xiàn)有的攪拌摩擦焊接設備無法實時調(diào)整溫度與振幅頻率，因此無法保證焊接質(zhì)量。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中的缺陷或不足，本發(fā)明提供了一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控裝置及方法，其能夠動態(tài)采集、實時分析焊縫的溫度和振幅頻率，并且通過計算機輔助計算處理對參數(shù)進行實時調(diào)整優(yōu)化，以此來調(diào)控焊縫組織的均勻性，保證焊縫處的強度達到標準。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

3、第一方面，本發(fā)明的實施例提供了一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控裝置，包括主軸、工作臺和調(diào)控系統(tǒng)，所述主軸底端固定有攪拌頭，所述攪拌頭位于工作臺的正上方；

4、所述調(diào)控系統(tǒng)包括激光測振儀、紅外測溫儀、超聲激振體和流量控制器，其中激光測振儀和紅外測溫儀通過主軸支架固定在主軸兩側，所述超聲激振體位于工作臺內(nèi)部，并通過固定支架與主軸支架相連，超聲激振體與主軸同軸設置，流量控制器一端連接水冷機，另一端通過導管與固定支架內(nèi)冷卻空腔進液口連接。

5、進一步地，所述主軸設置在龍門架橫梁底部，所述龍門架橫梁底部設置有線性模組，所述主軸與線性模組固定連接。

6、進一步地，所述工作臺滑動連接在基座上，所述工作臺上表面固定有擠壓式夾鉗。

7、進一步地，所述激光測振儀設置在主軸支架下方位于焊接方向的一側，其隨主軸同步移動，用以采集攪拌頭對工件產(chǎn)生的振動頻率數(shù)據(jù)。

8、進一步地，所述紅外測溫儀設置在主軸支架下方位于焊接反方向的一側，其隨主軸同步移動，用以采集焊縫的溫度數(shù)據(jù)。

9、進一步地，所述超聲激振體一端連接超聲發(fā)生器，用以將高頻電信號轉變?yōu)闄C械振動能控制振幅頻率。

10、進一步地，所述調(diào)控系統(tǒng)還包括信號輔助處理計算機，超聲發(fā)生器和水冷機均與信號輔助處理計算機電連接。

11、進一步地，所述紅外測溫儀和激光測振儀均通過數(shù)據(jù)傳輸模組與信號輔助處理計算機連接。

12、第二方面，本發(fā)明的實施例還提供了一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控方法，利用如上所述的一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控裝置，包括以下步驟：

13、啟動超聲發(fā)生器、水冷機、激光測振儀和紅外測溫儀，調(diào)整紅外測溫儀和激光測振儀照射角度，使紅外測溫儀對準焊縫區(qū)域，激光測振儀對準焊縫表面區(qū)域；

14、根據(jù)工件及攪拌頭的幾何形狀和焊接要求，在信號輔助處理計算機編制數(shù)控程序，并在數(shù)控程序中輸入焊接工藝參數(shù)、溫度場峰值和超聲振動參數(shù)范圍；

15、在攪拌頭移動焊接過程中，紅外測溫儀采集的焊縫實時溫度數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模組發(fā)送至信號輔助處理計算機，所述信號輔助處理計算機顯示實時溫度數(shù)據(jù)，并將實時溫度數(shù)據(jù)與溫度場峰值進行對比，如果實時溫度數(shù)據(jù)高于溫度場峰值，增大冷卻空腔中的冷卻液流速；如果實時溫度數(shù)據(jù)低于等于溫度場峰值時，減少冷卻空腔中的冷卻液流速，最終使焊縫溫度保持穩(wěn)定；

16、激光測振儀采集的焊縫實時振幅頻率數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模組發(fā)送至信號輔助處理計算機，所述信號輔助處理計算機顯示實時振幅頻率數(shù)據(jù)，并將實時振幅頻率數(shù)據(jù)與振幅頻率期望值進行對比，如果實時振幅頻率數(shù)據(jù)高于振幅頻率期望值，控制超聲發(fā)生器降低振幅頻率；如果實時振幅頻率數(shù)據(jù)低于振幅頻率期望值，控制超聲發(fā)生器增加振幅頻率，最終使焊縫振幅頻率保持穩(wěn)定。

17、進一步地，所述焊縫溫度和振幅頻率同步進行調(diào)節(jié)。

18、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

19、1、本發(fā)明通過在主軸兩側設置激光測振儀和紅外測溫儀，采集的實時振幅頻率數(shù)據(jù)進行處理分析，并通過超聲激振體和流量控制器調(diào)整實施調(diào)整焊縫的溫度和振幅頻率，將焊縫的溫度和振幅頻率維持在較小的波動空間內(nèi)不僅有助于消除焊縫內(nèi)的參與應力，也能夠提高攪拌摩擦焊焊縫的組織均勻性和一致性，有效提高攪拌摩擦焊接工藝質(zhì)量。

20、2、本發(fā)明通過對焊縫實時溫度數(shù)據(jù)與溫度場峰值的對比與控制，既可最大限度保證加工工藝要求，又可在發(fā)生異常溫度時及時發(fā)現(xiàn)并處理。

21、3、本發(fā)明通過對焊縫溫度和振幅頻率的監(jiān)測，將得到的反饋信號經(jīng)過輔助計算機耦合處理分析，再重新優(yōu)化冷卻液流量和超聲振動的振動頻率，使得攪拌摩擦焊過程中焊縫的變化處于標準范圍內(nèi)，確保焊后焊縫組織的穩(wěn)定性。

22、4、本發(fā)明采用數(shù)據(jù)傳輸模組收發(fā)信號，即通過無線通訊協(xié)議，可使用任意相同協(xié)議信號接收端，包括手機等設備來對溫度和振幅頻率數(shù)據(jù)進行采集與處理，使數(shù)據(jù)具有實時性、可觀性、共享性。

技術特征：

1.一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控裝置，其特征在于，包括主軸、工作臺和調(diào)控系統(tǒng)，所述主軸底端固定有攪拌頭，所述攪拌頭位于工作臺的正上方；

2.如權利要求1所述的一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控裝置，其特征在于，所述主軸設置在龍門架橫梁底部，所述龍門架橫梁底部設置有線性模組，所述主軸與線性模組固定連接。

3.如權利要求1所述的一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控裝置，其特征在于，所述工作臺滑動連接在基座上，所述工作臺上表面固定有擠壓式夾鉗。

4.如權利要求1所述的一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控裝置，其特征在于，所述激光測振儀設置在主軸支架下方位于焊接方向的一側，其隨主軸同步移動，用以采集攪拌頭對工件產(chǎn)生的振動頻率數(shù)據(jù)。

5.如權利要求1所述的一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控裝置，其特征在于，所述紅外測溫儀設置在主軸支架下方位于焊接反方向的一側，其隨主軸同步移動，用以采集焊縫的溫度數(shù)據(jù)。

6.如權利要求1所述的一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控裝置，其特征在于，所述超聲激振體一端連接超聲發(fā)生器，用以將高頻電信號轉變?yōu)闄C械振動能控制振幅頻率。

7.如權利要求1所述的一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控裝置，其特征在于，所述調(diào)控系統(tǒng)還包括信號輔助處理計算機，超聲發(fā)生器和水冷機均與信號輔助處理計算機電連接。

8.如權利要求7所述的一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控裝置，其特征在于，所述紅外測溫儀和激光測振儀均通過數(shù)據(jù)傳輸模組與信號輔助處理計算機連接。

9.一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控方法，利用如權利要求1-8任一項所述的一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控裝置，其特征在于，包括以下步驟：

10.如權利要求9所述的一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控方法，其特征在于，所述焊縫溫度和振幅頻率同步進行調(diào)節(jié)。

技術總結
本發(fā)明提供了一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控裝置及方法，屬于焊接設備技術領域，包括主軸、工作臺和調(diào)控系統(tǒng)，所述主軸底端固定有攪拌頭，所述攪拌頭位于工作臺的正上方；所述調(diào)控系統(tǒng)包括激光測振儀、紅外測溫儀、超聲激振體和流量控制器，其中激光測振儀和紅外測溫儀通過主軸支架固定在主軸兩側，超聲激振體垂直安裝在主軸支架與工作臺之間，流量控制器一端連接水冷機，另一端通過導管與主軸支架內(nèi)冷卻空腔進液口連接。本發(fā)明其能夠動態(tài)采集、實時分析焊縫的溫度和振幅頻率，并且通過計算機輔助計算處理對參數(shù)進行實時調(diào)整優(yōu)化，以此來調(diào)控焊縫組織的均勻性，保證焊縫處的強度達到標準。

技術研發(fā)人員：盧寶智,陳聰,王孝文
受保護的技術使用者：泰安市瑞朗科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9