本發(fā)明屬于焊接設(shè)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(shù)：

1、在汽車整車輕量化水平和強(qiáng)度要求不斷提高的背景下，對(duì)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(qiáng)度較低、重量較重、熱傳導(dǎo)性能較差等缺點(diǎn)；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(jìn)的連接技術(shù)對(duì)輪輞軸向進(jìn)行連接。

2、攪拌摩擦焊技術(shù)自問世以來，得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。采用攪拌摩擦焊的方法對(duì)輪輞軸向進(jìn)行焊接，不但可以減少加工時(shí)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(duì)焊縫的組織成形和強(qiáng)度具有很強(qiáng)的影響。在實(shí)際焊接操作中，焊接板材的厚度誤差以及工作臺(tái)表面的平整度等因素均會(huì)導(dǎo)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(dǎo)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(dòng)態(tài)變化的，現(xiàn)有的攪拌摩擦焊接設(shè)備無法實(shí)時(shí)調(diào)整溫度與振幅頻率，因此無法保證焊接質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)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(dòng)態(tài)采集、實(shí)時(shí)分析焊縫的溫度和振幅頻率，并且通過計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算處理對(duì)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明的實(shí)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(tái)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(tái)的正上方；

4、所述調(diào)控系統(tǒng)包括激光測(cè)振儀、紅外測(cè)溫儀、超聲激振體和流量控制器，其中激光測(cè)振儀和紅外測(cè)溫儀通過主軸支架固定在主軸兩側(cè)，所述超聲激振體位于工作臺(tái)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(shè)置，流量控制器一端連接水冷機(jī)，另一端通過導(dǎo)管與固定支架內(nèi)冷卻空腔進(jìn)液口連接。

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

6、進(jìn)一步地，所述工作臺(tái)滑動(dòng)連接在基座上，所述工作臺(tái)上表面固定有擠壓式夾鉗。

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

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

9、進(jìn)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(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動(dòng)能控制振幅頻率。

10、進(jìn)一步地，所述調(diào)控系統(tǒng)還包括信號(hào)輔助處理計(jì)算機(jī)，超聲發(fā)生器和水冷機(jī)均與信號(hào)輔助處理計(jì)算機(jī)電連接。

11、進(jìn)一步地，所述紅外測(cè)溫儀和激光測(cè)振儀均通過數(shù)據(jù)傳輸模組與信號(hào)輔助處理計(jì)算機(jī)連接。

12、第二方面，本發(fā)明的實(shí)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(dòng)超聲發(fā)生器、水冷機(jī)、激光測(cè)振儀和紅外測(cè)溫儀，調(diào)整紅外測(cè)溫儀和激光測(cè)振儀照射角度，使紅外測(cè)溫儀對(duì)準(zhǔn)焊縫區(qū)域，激光測(cè)振儀對(duì)準(zhǔn)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(hào)輔助處理計(jì)算機(jī)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(chǎng)峰值和超聲振動(dòng)參數(shù)范圍；

15、在攪拌頭移動(dòng)焊接過程中，紅外測(cè)溫儀采集的焊縫實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模組發(fā)送至信號(hào)輔助處理計(jì)算機(jī)，所述信號(hào)輔助處理計(jì)算機(jī)顯示實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，并將實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)與溫度場(chǎng)峰值進(jìn)行對(duì)比，如果實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)高于溫度場(chǎng)峰值，增大冷卻空腔中的冷卻液流速；如果實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)低于等于溫度場(chǎng)峰值時(shí)，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(cè)振儀采集的焊縫實(shí)時(shí)振幅頻率數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模組發(fā)送至信號(hào)輔助處理計(jì)算機(jī)，所述信號(hào)輔助處理計(jì)算機(jī)顯示實(shí)時(shí)振幅頻率數(shù)據(jù)，并將實(shí)時(shí)振幅頻率數(shù)據(jù)與振幅頻率期望值進(jìn)行對(duì)比，如果實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(jìn)一步地，所述焊縫溫度和振幅頻率同步進(jìn)行調(diào)節(jié)。

18、與現(xiàn)有技術(shù)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(cè)設(shè)置激光測(cè)振儀和紅外測(cè)溫儀，采集的實(shí)時(shí)振幅頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并通過超聲激振體和流量控制器調(diào)整實(shí)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(dòng)空間內(nèi)不僅有助于消除焊縫內(nèi)的參與應(yīng)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(duì)焊縫實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)與溫度場(chǎng)峰值的對(duì)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(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理。

21、3、本發(fā)明通過對(duì)焊縫溫度和振幅頻率的監(jiān)測(cè)，將得到的反饋信號(hào)經(jīng)過輔助計(jì)算機(jī)耦合處理分析，再重新優(yōu)化冷卻液流量和超聲振動(dòng)的振動(dòng)頻率，使得攪拌摩擦焊過程中焊縫的變化處于標(biāo)準(zhǔn)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(hào)，即通過無線通訊協(xié)議，可使用任意相同協(xié)議信號(hào)接收端，包括手機(jī)等設(shè)備來對(duì)溫度和振幅頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理，使數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性、可觀性、共享性。

技術(shù)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(tái)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(tái)的正上方；

2.如權(quán)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(shè)置在龍門架橫梁底部，所述龍門架橫梁底部設(shè)置有線性模組，所述主軸與線性模組固定連接。

3.如權(quán)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(tái)滑動(dòng)連接在基座上，所述工作臺(tái)上表面固定有擠壓式夾鉗。

4.如權(quán)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(cè)振儀設(shè)置在主軸支架下方位于焊接方向的一側(cè)，其隨主軸同步移動(dòng)，用以采集攪拌頭對(duì)工件產(chǎn)生的振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)。

5.如權(quán)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(cè)溫儀設(shè)置在主軸支架下方位于焊接反方向的一側(cè)，其隨主軸同步移動(dòng)，用以采集焊縫的溫度數(shù)據(jù)。

6.如權(quán)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(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動(dòng)能控制振幅頻率。

7.如權(quán)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(hào)輔助處理計(jì)算機(jī)，超聲發(fā)生器和水冷機(jī)均與信號(hào)輔助處理計(jì)算機(jī)電連接。

8.如權(quán)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(cè)溫儀和激光測(cè)振儀均通過數(shù)據(jù)傳輸模組與信號(hào)輔助處理計(jì)算機(jī)連接。

9.一種攪拌摩擦焊接焊縫組織調(diào)控方法，利用如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)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(quán)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(jìn)行調(diào)節(jié)。

技術(shù)總結(jié)
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(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括主軸、工作臺(tái)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(tái)的正上方；所述調(diào)控系統(tǒng)包括激光測(cè)振儀、紅外測(cè)溫儀、超聲激振體和流量控制器，其中激光測(cè)振儀和紅外測(cè)溫儀通過主軸支架固定在主軸兩側(cè)，超聲激振體垂直安裝在主軸支架與工作臺(tái)之間，流量控制器一端連接水冷機(jī)，另一端通過導(dǎo)管與主軸支架內(nèi)冷卻空腔進(jìn)液口連接。本發(fā)明其能夠動(dòng)態(tài)采集、實(shí)時(shí)分析焊縫的溫度和振幅頻率，并且通過計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算處理對(duì)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

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