6061-T6鋁合金B(yǎng)TFSW焊接過程參數(shù)測控研究.pdf

1、本文基于對雙軸肩攪拌摩擦焊的認(rèn)識，深入研究了其焊接過程特征參數(shù)（扭矩、焊接區(qū)溫度、前進(jìn)阻力），分析了雙軸肩攪拌摩擦焊工藝參數(shù)（焊接速度、焊接轉(zhuǎn)速）與焊接過程特征參數(shù)的關(guān)系，揭示了焊接過程參數(shù)對焊縫顯微組織和接頭力學(xué)性能的影響規(guī)律，并提取過程特征參數(shù)焊接區(qū)溫度作為控制對象，建立PID溫度閉環(huán)控制模型，成功實現(xiàn)對雙軸肩攪拌摩擦焊接過程的控制。
　　扭矩研究表明：扭矩平均值在焊接過程中先增大后緩慢減小，具有周期振蕩特性，其振蕩信號的頻率

2、接近2倍主軸設(shè)定頻率，扭矩峰值隨焊接速度的增加而增加，隨焊接轉(zhuǎn)速的增加而減小。扭矩變化率隨焊接速度和焊接轉(zhuǎn)速的增加而減小。
　　焊接區(qū)溫度研究表明：焊接過程中焊接區(qū)溫度先緩慢增加，后隨焊接速度的快速增加而迅速增加，進(jìn)入穩(wěn)定焊接階段焊接區(qū)溫度緩慢增加，其峰值隨焊接轉(zhuǎn)速的增加而增加。
　　前進(jìn)阻力研究表明：隨著攪拌頭的咬入前進(jìn)阻力快速升高到峰值，維持恒定，在加速階段前后發(fā)生突變，先快速減小后又快速增加至新的峰值，穩(wěn)定焊接階段前進(jìn)

3、阻力緩慢下降至新的峰值維持恒定直至焊接結(jié)束。當(dāng)焊接轉(zhuǎn)速在300rpm～500rpm變化時，穩(wěn)定焊接階段前進(jìn)阻力平均值隨焊接轉(zhuǎn)速的增加而減小。
　　雙軸肩攪拌摩擦焊縫顯微組織及接頭力學(xué)性能與過程特征參數(shù)扭矩、焊接區(qū)溫度和前進(jìn)阻力有關(guān)，尤其在穩(wěn)定焊接階段，扭矩、焊接區(qū)溫度和前進(jìn)阻力對焊縫顯微組織及接頭力學(xué)性能的影響規(guī)律明顯。雙軸肩攪拌摩擦焊接穩(wěn)定階段，扭矩振蕩幅值增大，平均值緩慢減小，焊接區(qū)溫度緩慢升高，前進(jìn)阻力變化幅度較小，沿焊接方

4、向上，焊核區(qū)面積變大，接頭硬度和拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后減小，當(dāng)焊接區(qū)溫度過高，金屬過度軟化，扭矩出現(xiàn)異常振蕩，接頭硬度和拉伸強(qiáng)度明顯降低，焊縫表面成形較差，有飛邊出現(xiàn)，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致焊接失敗，此時前進(jìn)阻力也出現(xiàn)異常變大；當(dāng)焊接區(qū)溫度過低金屬未完全塑化，扭矩峰值較大，前進(jìn)阻力平均值增大，焊后焊縫金屬未完全焊合，觀察斷口形貌呈撕裂狀。
　　綜上可知，焊接區(qū)溫度與焊接參數(shù)、顯微組織及接頭力學(xué)性能的關(guān)系明顯，是雙軸肩攪拌摩擦焊接過程中重要而

5、又可控的參數(shù)，選定焊接區(qū)溫度作為控制對象，建立Smith-PID溫度閉環(huán)控制模型，實現(xiàn)對BTFSW焊接過程的控制。研究表明，BTFSW穩(wěn)定焊接階段，350rpm時，焊接區(qū)溫度維持在495℃（設(shè)定溫度為480℃），溫度控制誤差約為15℃，扭矩基本維持在維持在48～50N.m范圍內(nèi)，前進(jìn)阻力維持在280Kg左右。焊核區(qū)金相組織更加致密，晶粒尺寸大小較為均勻；焊縫橫截面硬度表現(xiàn)出明顯的“W”形，硬度的變化幅度相比較小，沿焊接方向硬度值差異較小