管材搅拌摩擦焊机控制系统的设计及应用*

苏海龙，骆宗安，谢广明

（东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁 沈阳 110819）

搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是英国焊接研究所（TWI）于1991 年10 月提出的发明专利，是一种新型的固相焊接技术［1］。搅拌摩擦焊的焊接过程是由一个圆柱体或其他形状（如带螺纹圆柱体）的搅拌针插入工件的接缝处，搅拌头高速旋转产生摩擦热，使焊头前面的材料发生强烈塑性变形，然后随着焊头的移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后，从而形成搅拌摩擦焊焊缝［2-3］。搅拌摩擦焊技术具有如下优点：焊接温度低，固相连接；成本低，效率高，操作简单，易于实现自动化；无烟尘、辐射、飞溅、噪声及弧光等产生，并根除了熔焊所固有的焊接缺陷（气孔、凝固裂纹等），提高了接头和结构的连接质量，降低了焊接变形等；在其他轻金属如镁、铜、锌等材料的制造中也正得到工程化应用，成为在铝合金结构制造中可以替代熔焊技术的、工业化实用的固相连接技术［4］。

为了深入研究搅拌摩擦焊技术的深层机理，弄清焊接设备的部件结构、运动控制系统参数等因素对焊接质量的影响，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室研制了两台管材搅拌摩擦焊机。这两台焊机的控制系统分别采用了西门子的PLC［5］和伺服控制系统及西班牙Fagor 公司的数控系统和伺服系统，完成多个运动轴的精确协调控制任务，可以对各种管材（钢材、轻合金等）进行搅拌摩擦焊接研究，为搅拌摩擦焊的工艺改进与完善提供了有效的工具。……