回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊設(shè)備設(shè)計(jì)及工藝實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊（Friction Stir Spot Welding,FSSW）是一種適用于輕合金連接的固相點(diǎn)焊技術(shù)，具有接頭性能優(yōu)良、成形美觀、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在輕量化設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。為了促進(jìn)回填式FSSW技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)輕量化的發(fā)展，本文從回填式FSSW技術(shù)的原理出發(fā)進(jìn)行了回填式FSSW設(shè)備的研發(fā)，并針對(duì)6061鋁合金材料進(jìn)行了工藝實(shí)驗(yàn)研究。
　　對(duì)回填式FSSW的工藝進(jìn)行了分析，確定了其主要的工藝參

2、數(shù)。根據(jù)回填式FSSW攪拌頭的功能，對(duì)攪拌頭的材料進(jìn)行了選擇并確定了攪拌頭的尺寸。通過下扎力測量實(shí)驗(yàn)得到設(shè)備所需提供的最大扎入力為20kN，并根據(jù)最大摩擦力理論計(jì)算得到設(shè)備所需提供的最大扭矩為45N·m，壓緊力為20kN。確定了回填式FSSW設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)，為設(shè)備的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
　　根據(jù)回填式FSSW設(shè)備各部件的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，制定了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)路線。采用中空滾珠絲杠和中空直驅(qū)伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了袖套和攪拌針的同軸運(yùn)動(dòng)。采用模

3、塊化的設(shè)計(jì)思想，完成了回填式FSSW設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。利用SolidWorks軟件建立了設(shè)備的三維模型，并繪制了全套加工圖紙，完成了相關(guān)零部件的加工和設(shè)備的整體裝配。
　　通過對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行分析，并結(jié)合回填式FSSW的工藝過程，提出了控制要求。對(duì)比目前主流的控制系統(tǒng)，選用PLC+觸摸屏作為控制器，制定了控制系統(tǒng)方案。根據(jù)控制系統(tǒng)方案，完成了控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，搭建了電氣控制柜。用模塊化編程方法編寫了控制系統(tǒng)程序，并完成了人機(jī)界面

4、的設(shè)計(jì)。
　　對(duì)回填式FSSW設(shè)備進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)其滿足設(shè)計(jì)要求。分別對(duì)6061鋁合金、AZ91鎂合金和黃銅進(jìn)行了焊接實(shí)驗(yàn)，均得到了成形美觀的焊點(diǎn)。針對(duì)6061鋁合金，研究了回填式FSSW的焊點(diǎn)成形和微觀組織，發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)橫截面呈“盆狀”，且焊點(diǎn)內(nèi)部存在Hook和連接帶形貌。根據(jù)晶粒大小，接頭可分為攪拌區(qū)、熱機(jī)影響區(qū)和熱影響區(qū)。研究了工藝參數(shù)對(duì)接頭拉剪性能的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨著轉(zhuǎn)速、扎入深度和扎入/回填速度的增加，接頭的拉剪失效載荷都呈