CN106735848B - 搅拌摩擦焊的控制方法及设备 - Google Patents

Abstract

本实施例提供一种搅拌摩擦焊的控制方法及设备，涉及焊接技术。控制方法包括：将待焊工件装配到位之后，在恒定的压入量下，控制搅拌头对待焊工件进行焊接；在满足预设规则之后，在恒定的压力下，控制搅拌头对待焊工件的剩余部分进行焊接。控制设备包括第一控制单元以及第二控制单元，用于执行上述控制方法中相应的步骤。通过在恒定的压入量下，控制搅拌头对待焊工件进行焊接，在满足预设条件之后，控制搅拌头对待焊工件的剩余部分进行焊接，能够有效克服恒定压力值过大造成压入量过大导致的背部焊洇、吊钩尺寸过大、飞边等焊接缺陷，以及恒定压力值过小造成压入量过小导致的焊缝有效熔深不够的问题，更好地提高了焊缝质量，进而提高了焊接效率。

Description

搅拌摩擦焊的控制方法及设备

技术领域

本发明涉及焊接技术，尤其涉及一种搅拌摩擦焊的控制方法及设备。

背景技术

搅拌摩擦焊的焊接成型原理是通过搅拌针对待焊工件的焊接区域进行搅拌，通过轴肩在一定的压力下将塑性金属压实，最终形成致密的焊缝；由于搅拌摩擦焊具有焊接速度快、焊缝质量稳定性好、工件的残余应力和变形量小、无污染、耗材用量少，以及对环境温湿度依赖小等优点，因此，广泛应用于航空航天领域，同时在轨道交通装备制造业中的应用也越来越多。

目前，搅拌摩擦焊中常见的控制方法是恒压力控制方法，在焊接前预先设定压力值，在焊接过程中，实时检测实际压力值，当实际压力值偏离设定压力值时，通过调整搅拌头的压入量保证在焊接过程中的压力恒定。对于相同结构的焊接接头形式和搅拌头，如果搅拌头压入量过大，容易造成背部焊洇、吊钩尺寸过大、飞边等焊接缺陷；如果搅拌头压入量过小，则容易导致焊缝有效熔深不够，因此只有当压入量保持恒定时，才能够焊接出合格的焊缝。然而，由于母材结构以及装配状态的差异性，为了保证压力的恒定，压入量势必发生改变，这就导致了焊接质量的较差。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种搅拌摩擦焊的控制方法及设备，能够提高焊缝质量。

本发明的第一个方面是提供一种搅拌摩擦焊的控制方法，包括：

将待焊工件装配到位之后，在恒定的压入量下，控制所述搅拌头对所述待焊工件进行焊接；

在满足预设规则之后，在恒定的压力下，控制所述搅拌头对所述待焊工件的剩余部分进行焊接。

进一步地，在恒定的压入量下，控制所述搅拌头对所述待焊工件进行焊接的同时，检测搅拌头中轴肩的压力；

所述在满足预设规则之后，在恒定的压力下，控制所述搅拌头对所述待焊工件的剩余部分进行焊接，包括：

对检测的所述压力进行分析，以判断所述压力是否处于稳定状态；

在确定所述压力处于稳定状态之后，根据所述稳定状态下的压力，控制所述搅拌头对所述待焊工件的剩余部分进行焊接。

进一步地，所述对检测的所述压力进行分析，以判断所述压力是否处于稳定状态包括：

将当前压力与所述当前压力之前的预设个数的历史压力进行对比；若所述当前压力与各所述历史压力之间的差值小于第一预设差值，则确定所述压力处于稳定状态；

或者，将当前压力与预设压力范围进行对比，若在预设距离或者预设时间段内，所述当前压力处于所述预设压力范围内，则确定所述压力处于稳定状态。

进一步地，所述根据所述稳定状态下的压力对所述待焊工件的剩余部分进行焊接，包括：

在恒定的所述当前压力下对所述待焊工件的剩余部分进行焊接；

或者，

确定所述当前压力与历史压力之间的第一平均值，在恒定的所述第一平均值下对所述待焊工件的剩余部分进行焊接。

进一步地，所述对检测的所述压力进行分析，以判断所述压力是否处于稳定状态包括：

确定所述预设时间段内的压力的第二平均值；

将所述预设时间段内的压力与所述第二平均值进行对比；

若所述预设时间段内的压力与所述第二平均值之间的差值均小于第二预设值，则确定所述压力处于稳定状态。

本发明的另一个方面是提供一种搅拌摩擦焊的控制系统，包括：

第一控制单元，用于将待焊工件装配到位之后，在恒定的压入量下，控制所述搅拌头对所述待焊工件进行焊接；

第二控制单元，用于在满足预设规则之后，在恒定的压力下，控制所述搅拌头对所述待焊工件的剩余部分进行焊接。

进一步地，所述搅拌摩擦焊的控制系统还包括：

压力传感器，用于检测所述搅拌头中轴肩的压力；

判断单元，对检测的所述压力进行分析，以判断所述压力是否处于稳定状态；

所述第二控制单元用于在确定所述压力处于稳定状态之后，根据所述稳定状态下的压力，控制所述搅拌头对所述待焊工件的剩余部分进行焊接。

进一步地，所述判断单元包括：

第一对比模块，用于将当前压力与所述当前压力之前的预设个数的历史压力进行对比；

第一确定模块，用于在所述当前压力与各所述历史压力之间的差值小于第一预设差值时，确定所述压力处于稳定状态；

或者，

第一对比模块，用于将当前压力与预设压力范围进行对比；

第一确定模块，用于在预设距离或者预设时间段内，所述当前压力处于所述预设压力范围内时，确定所述压力处于稳定状态。

进一步地，所述第二控制单元具体用于在确定所述压力处于稳定状态之后，在恒定的所述当前压力下对所述待焊工件的剩余部分进行焊接；

或者，

所述第二控制单元具体用于在确定所述压力处于稳定状态之后，确定所述当前压力与历史压力之间的第一平均值，在恒定的所述第一平均值下对所述待焊工件的剩余部分进行焊接。

进一步地，所述判断单元包括：

第二确定模块，用于确定所述预设时间段内的压力的第二平均值；

第二对比模块，用于将所述预设时间段内的压力与所述第二平均值进行对比；

第三确定模块，用于在所述预设时间段内的压力与所述第二平均值之间的差值均小于第二预设值时，确定所述压力处于稳定状态

本发明提供的搅拌摩擦焊的控制方法及系统，通过在恒定的压入量下，控制搅拌头对待焊工件进行焊接，在满足预设条件之后，控制搅拌头对待焊工件的剩余部分进行焊接，能够有效克服恒定压力值过大造成压入量过大导致的背部焊洇、吊钩尺寸过大、飞边等焊接缺陷，以及恒定压力值过小造成压入量过小导致的焊缝有效熔深不够的问题，更好地提高了焊缝质量，进而提高了焊接效率。

附图说明

图1为本发明搅拌摩擦焊的控制方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明搅拌摩擦焊的控制方法另一实施例的流程示意图；

图3为本发明搅拌摩擦焊的控制系统一实施例的结构示意图；

图4为本发明搅拌摩擦焊的控制系统另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

图1为本发明实施例搅拌摩擦焊的控制方法的流程示意图。请参照图1，本实施例提供一种搅拌摩擦焊的控制方法，包括：

S101、将待焊工件装配到位之后，在恒定的压入量下，控制所述搅拌头对所述待焊工件进行焊接；

具体地，在对待焊工件进行焊接之前，需要操作人员对待焊工件进行打磨去除氧化膜，对待焊表面进行清洗以去油污，将待焊工件装卡在搅拌摩擦焊工装上，使其满足装配要求，并调试搅拌摩擦焊设备；例如：采用角磨机和钢丝刷打磨去除待焊工件的氧化膜，用D40对待焊工件的焊接区域进行清洗去除油污，在搅拌摩擦焊工装上对待焊工件进行装配、压紧，并采用大力钳对待焊工件两端进行加紧。

将待焊工件装配到位之后，操作人员还可以对焊接参数进行设置；其中，焊接参数包括：搅拌头旋转速度、焊接速度以及压入量。当然，当默认的焊接参数能够满足本次焊接时，则不需要对焊接参数机进行设置。设置好焊接参数之后，在待焊工件的首端，根据压力量将搅拌头插入待焊工件的焊接区域。

将待焊工件以及搅拌头装配到位之后，开始焊接的第一阶段；在焊接的第一阶段中，采用恒位移控制方法，并通过激光追踪器保证搅拌头的压入量恒定，能够有效克服恒定压力值过大造成压入量过大导致的背部焊洇、吊钩尺寸过大、飞边等焊接缺陷，以及恒定压力值过小造成压入量过小导致的焊缝有效熔深不够的问题，更好地提高了焊缝质量，进而提高了焊接效率。

S102、在满足预设规则之后，在恒定的压力下，控制所述搅拌头对所述待焊工件的剩余部分进行焊接。

具体地，可以在搅拌头移动的距离达到第一阈值时，获取搅拌头轴肩的当前压力，以该当前压力为恒定的压力，控制所述搅拌头对所述待焊工件的剩余部分进行焊接；或者在搅拌头移动的时间达到第二阈值时，获取搅拌头轴肩的当前压力，以该当前压力为恒定的压力，控制所述搅拌头对所述待焊工件的剩余部分进行焊接。其中，通过获取当前压力作为恒定的压力，能够针对每个待焊工件确定合适的恒定压力值。本实施例对于第一阈值和第二阈值的具体数值不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

本实施例提供的搅拌摩擦焊的控制方法，通过在恒定的压入量下，控制搅拌头对待焊工件进行焊接，在满足预设条件之后，控制搅拌头对待焊工件的剩余部分进行焊接，能够有效避免恒定压力值过大造成的背部焊洇、吊钩尺寸过大、飞边等焊接缺陷，以及恒定压力值过小导致的焊缝有效熔深不够的问题，更好地提高了焊缝质量，进而提高了焊接效率。

图2为本发明搅拌摩擦焊的控制方法另一实施例的流程示意图。请参照图2，S201、在恒定的压入量下，控制搅拌头对待焊工件进行焊接，并检测搅拌头中轴肩的压力；

在控制搅拌头对待焊工件进行焊接的过程中，由压力传感器检测焊接过程中搅拌头轴肩的、用于将塑性金属压实的压力，并将该压力发送至相应的终端设备。其中，终端设备可以为计算机。

S202、判断压力是否处于稳定状态；

对检测的压力进行分析，以判断压力是否处于稳定状态；具体地，由终端设备对压力进行分析。例如：可以将当前压力与当前压力之前的预设个数的历史压力进行对比，若当前压力与各历史压力之间的差值小于第一预设差值，则确定压力处于稳定状态。其中，本实施例对于预设个数以及第一预设差值不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

或者,可以确定预设时间段内的压力的第二平均值,将预设时间段内的压力与第二平均值进行对比；若预设时间段内的压力与第二平均值之间的差值均小于第二预设值，则确定压力处于稳定状态。其中，本实施例对于预设时间段以及第二预设差值不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

较佳地，将当前压力与预设压力范围进行对比，若在预设距离或者预设时间段内，当前压力处于所述预设压力范围内，则确定压力处于稳定状态。其中，本实施例对于预设压力范围、预设时间段、预设距离均不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

S203、在确定压力处于稳定状态之后，根据稳定状态下的压力，控制搅拌头对待焊工件的剩余部分进行焊接。

具体地，在确定压力处于稳定状态之后，焊接进入第二阶段，此时恒位移控制不再起作用，而是进入恒压力控制；可以以第一平均值或者第二平均值为恒定压力值对待焊工件的剩余部分进行焊接，直至焊接完成；或者以当前压力为恒定压力值对待焊工件的剩余部分进行焊接，直至焊接完成；或者以与第一平均值或第二平均值之间的差距最小的压力为恒定压力值对待焊工件的剩余部分进行焊接，直至焊接完成。

本实施例中，在焊接的第二阶段中，压力传感器实时检测压力，并将检测的实际压力与恒定压力值进行对比，当实际压力值小于恒定压力值时，控制搅拌头下压深入待焊工件以获得更大的压力值；当实际压力值大于设定压力值，控制搅拌头上移减少实际压力值，从而保证第二阶段中的压力恒定。

在焊接完成后，抽出搅拌头，对焊缝进行打磨处理；然后测量工件的外形尺寸并对工件进行调修；最后检测焊缝的断面。

本实施例提供的搅拌摩擦焊的控制方法，通过在恒定的压入量下，控制搅拌头对待焊工件进行焊接，并检测搅拌头中轴肩的压力，在确定压力处于稳定状态之后，根据稳定状态下的压力，控制搅拌头对待焊工件的剩余部分进行焊接，针对每个待焊工件确定合适的恒定压力值，恒定压力值对待焊工件具有更高的适应性，有效避免了恒定压力值过大造成的背部焊洇、吊钩尺寸过大、飞边等焊接缺陷，以及恒定压力值过小导致的焊缝有效熔深不够的问题，更好地提高了焊缝质量，进而提高了焊接效率。

此外，本实施例提供的搅拌摩擦焊的控制方法，对待焊工件的适应性比较强，可以适当降低对待焊工件的精度要求，从而降低了待焊工件的设计和制造成本。本实施例提供的搅拌摩擦焊的控制方法，对装配条件的一致性要求较低，从而能够缩短装配时间，且降低工装的设计和制造成本。

图3为本发明搅拌摩擦焊的控制系统一实施例的结构示意图。请参照图3，本实施例提供一种搅拌摩擦焊的控制系统，该搅拌摩擦焊的控制系统用于执行前述方法实施例中的相应步骤，其实现过程及效果与前述实施例相同或者相似。

搅拌摩擦焊的控制系统，包括：第一控制单元200，用于将待焊工件装配到位之后，在恒定的压入量下，控制所述搅拌头对所述待焊工件进行焊接；第二控制单元400，用于在满足预设规则之后，在恒定的压力下，控制所述搅拌头对所述待焊工件的剩余部分进行焊接。

图4为本发明搅拌摩擦焊的控制系统另一实施例的结构示意图。请参照图4，进一步地，所述搅拌摩擦焊的控制系统还包括：压力传感器100，用于检测搅拌头中轴肩的压力；判断单元300，用于对检测的压力进行分析，以判断压力是否处于稳定状态；相应地，第二控制单元400，用于在确定压力处于稳定状态之后，根据稳定状态下的压力，控制搅拌头对待焊工件的剩余部分进行焊接。

其中，本实施例对于压力传感器100的设置位置及设置方式不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，只要能够实现其检测功能即可；例如压力传感器100可以设置在搅拌头的轴肩上。

进一步地，搅拌摩擦焊的控制系统还包括：

接收单元，用于接收对焊接参数的设置；其中，焊接参数包括：搅拌头旋转速度、焊接速度以及压入量。

在本实施例的一种可选实施方式中，进一步地，判断单元300包括：

第一对比模块，用于将当前压力与当前压力之前的预设个数的历史压力进行对比，

第一确定模块，用于在当前压力与各历史压力之间的差值小于第一预设差值时，确定压力处于稳定状态。

在本实施例的另一种可选实施方式中，判断单元300包括：

第一对比模块，用于将当前压力与预设压力范围进行对比；

第一确定模块，用于在预设距离或者预设时间段内，所述当前压力处于所述预设压力范围内时，确定所述压力处于稳定状态。

进一步地，第二控制单元400具体用于在确定压力处于稳定状态之后，在恒定的当前压力下对待焊工件的剩余部分进行焊接；

或者，

第二控制单元400具体用于在确定压力处于稳定状态之后，确定当前压力与历史压力之间的第一平均值，在恒定的第一平均值下对待焊工件的剩余部分进行焊接。

进一步地，判断单元300包括：

第二确定模块，用于确定预设时间段内的压力的第二平均值；

第二对比模块，用于将预设时间段内的压力与第二平均值进行对比；

第三确定模块，用于在预设时间段内的压力与第二平均值之间的差值均小于第二预设值时，确定压力处于稳定状态。

本实施例提供的搅拌摩擦焊的控制系统，通过在恒定的压入量下，控制搅拌头对待焊工件进行焊接，在满足预设条件之后，控制搅拌头对待焊工件的剩余部分进行焊接，能够有效避免恒定压力值过大造成的背部焊洇、吊钩尺寸过大、飞边等焊接缺陷，以及恒定压力值过小导致的焊缝有效熔深不够的问题，更好地提高了焊缝质量，进而提高了焊接效率。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种搅拌摩擦焊的控制方法，其特征在于，包括：

将待焊工件装配到位之后，在恒定的压入量下，控制搅拌头对所述待焊工件进行焊接；

在满足预设规则之后，在恒定的压力下，控制所述搅拌头对所述待焊工件的剩余部分进行焊接，其中所述预设规则包括：当所述搅拌头的移动距离达到第一阈值或者当所述搅拌头的移动时间达到第二阈值时，以所述搅拌头轴肩的当前压力为恒定压力；

或者，当所述搅拌头轴肩的压力在预设时间或预设距离内达到稳定状态时，根据所述稳定状态下的压力确定出恒定压力值。

2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊的控制方法，其特征在于，在恒定的压入量下，控制所述搅拌头对所述待焊工件进行焊接的同时，检测搅拌头中轴肩的压力；

所述在满足预设规则之后，在恒定的压力下，控制所述搅拌头对所述待焊工件的剩余部分进行焊接，包括：

对检测的所述压力进行分析，以判断所述压力是否处于稳定状态；

在确定所述压力处于稳定状态之后，根据所述稳定状态下的压力，控制所述搅拌头对所述待焊工件的剩余部分进行焊接。

3.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊的控制方法，其特征在于，所述对检测的所述压力进行分析，以判断所述压力是否处于稳定状态包括：

将当前压力与所述当前压力之前的预设个数的历史压力进行对比，若所述当前压力与各所述历史压力之间的差值小于第一预设差值，则确定所述压力处于稳定状态；

或者，将当前压力与预设压力范围进行对比，若在预设距离或者预设时间段内，所述当前压力处于所述预设压力范围内，则确定所述压力处于稳定状态。

4.根据权利要求3所述的搅拌摩擦焊的控制方法，其特征在于，所述根据所述稳定状态下的压力对所述待焊工件的剩余部分进行焊接，包括：

在恒定的所述当前压力下对所述待焊工件的剩余部分进行焊接；

或者，

确定所述当前压力与历史压力之间的第一平均值，在恒定的所述第一平均值下对所述待焊工件的剩余部分进行焊接。

5.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊的控制方法，其特征在于，所述对检测的所述压力进行分析，以判断所述压力是否处于稳定状态包括：

确定预设时间段内的压力的第二平均值；

将所述预设时间段内的压力与所述第二平均值进行对比；

若所述预设时间段内的压力与所述第二平均值之间的差值均小于第二预设值，则确定所述压力处于稳定状态。

6.一种搅拌摩擦焊的控制系统，其特征在于，包括：

第一控制单元，用于将待焊工件装配到位之后，在恒定的压入量下，控制搅拌头对所述待焊工件进行焊接；

第二控制单元，用于在满足预设规则之后，在恒定的压力下，控制所述搅拌头对所述待焊工件的剩余部分进行焊接，其中所述预设规则包括：当所述搅拌头的移动距离达到第一阈值或者当所述搅拌头的移动时间达到第二阈值时，以所述搅拌头轴肩的当前压力为恒定压力；

或者，当所述搅拌头轴肩的压力在预设时间或预设距离内达到稳定状态时，根据所述稳定状态下的压力确定出恒定压力值。

7.根据权利要求6所述的搅拌摩擦焊的控制系统，其特征在于，还包括：

压力传感器，用于检测所述搅拌头中轴肩的压力；

判断单元，对检测的所述压力进行分析，以判断所述压力是否处于稳定状态；

所述第二控制单元用于在确定所述压力处于稳定状态之后，根据所述稳定状态下的压力，控制所述搅拌头对所述待焊工件的剩余部分进行焊接。

8.根据权利要求7所述的搅拌摩擦焊的控制系统，其特征在于，所述判断单元包括：

第一对比模块，用于将当前压力与所述当前压力之前的预设个数的历史压力进行对比；

第一确定模块，用于在所述当前压力与各所述历史压力之间的差值小于第一预设差值时，确定所述压力处于稳定状态；

或者，

第一对比模块，用于将当前压力与预设压力范围进行对比；

第一确定模块，用于在预设距离或者预设时间段内，所述当前压力处于所述预设压力范围内时，确定所述压力处于稳定状态。

9.根据权利要求8所述的搅拌摩擦焊的控制系统，其特征在于，所述第二控制单元具体用于在确定所述压力处于稳定状态之后，在恒定的所述当前压力下对所述待焊工件的剩余部分进行焊接；

或者，

所述第二控制单元具体用于在确定所述压力处于稳定状态之后，确定所述当前压力与历史压力之间的第一平均值，在恒定的所述第一平均值下对所述待焊工件的剩余部分进行焊接。

10.根据权利要求7所述的搅拌摩擦焊的控制系统，其特征在于，所述判断单元包括：

第二确定模块，用于确定预设时间段内的压力的第二平均值；

第二对比模块，用于将所述预设时间段内的压力与所述第二平均值进行对比；

第三确定模块，用于在所述预设时间段内的压力与所述第二平均值之间的差值均小于第二预设值时，确定所述压力处于稳定状态。