搅拌摩擦焊接过程中主轴下压力控制研究

肖 波，王庆霞，杨建国，张华德

1 引言

搅拌摩擦焊（Friction stir welding，FSW）是英国焊接研究所于1991年发明的一种固相连接技术[1]。与传统的熔化焊接技术相比，可以有效避免热裂纹，气孔等焊接缺陷，具有接头力学性能较好，变形小、低污染、低能耗等优点[2]。

下压量、进给速度和主轴转速与主轴下压力有一定的关系，下压力基本恒定是保证焊缝质量稳定的有效方法之一[3]。文献[4]提出了机器人FSW下压力控制，同时探讨了主轴转速、进给速度和下压量对下压力的影响。文献[5]的研究表明由于机器人存在定位误差导致下压量很难预测，主轴下压力控制应用在机器人焊接系统上存在很大的振荡。由于机器人有限的负载能力及其柔顺性，焊接过程中难以保证下压力达到期望值。因此，文献[6]搅拌摩擦焊下压力监测平台的基础上，通过控制焊接进给速度控制下压力提高焊接质量，下文中主轴下压力简称下压力。

2 搅拌摩擦焊监测平台开发

2.1 系统总体设计

搅拌摩擦焊下压力监控系统主要由下压力监测平台和下压力监控软件两大部分组成，如图1所示。下压力监测平台中力感应模块以压电石英作为敏感元件，在下压力作用下产生压电效应，将力值信号转化为相应的电压信号；供电模块采用无线供电技术为下压力采集和信号传输模块提供直流稳压电源；信号处理模块包括信号放大、信号调理及数模转换；信号传输模块采用无线传输技术实现。下压力监控软件包括监测模块、控制模块、分析模块和数据库管理模块，可以实现力值信号的显示、保存、控制等功能。……