回填式攪拌摩擦點焊設備設計及工藝實驗研究.pdf

1、回填式攪拌摩擦點焊（Friction Stir Spot Welding,FSSW）是一種適用于輕合金連接的固相點焊技術，具有接頭性能優(yōu)良、成形美觀、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，在輕量化設計領域具有廣闊的應用前景。為了促進回填式FSSW技術在工業(yè)領域的應用，推動輕量化的發(fā)展，本文從回填式FSSW技術的原理出發(fā)進行了回填式FSSW設備的研發(fā)，并針對6061鋁合金材料進行了工藝實驗研究。
　　對回填式FSSW的工藝進行了分析，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，對攪拌頭的材料進行了選擇并確定了攪拌頭的尺寸。通過下扎力測量實驗得到設備所需提供的最大扎入力為20kN，并根據(jù)最大摩擦力理論計算得到設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設備的設計參數(shù)，為設備的設計奠定了基礎。
　　根據(jù)回填式FSSW設備各部件的運動特點，制定了機械結構設計方案和設計路線。采用中空滾珠絲杠和中空直驅(qū)伺服電機，實現(xiàn)了袖套和攪拌針的同軸運動。采用模

3、塊化的設計思想，完成了回填式FSSW設備機械結構的設計。利用SolidWorks軟件建立了設備的三維模型，并繪制了全套加工圖紙，完成了相關零部件的加工和設備的整體裝配。
　　通過對控制對象進行分析，并結合回填式FSSW的工藝過程，提出了控制要求。對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)硬件的設計，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，并完成了人機界面

4、的設計。
　　對回填式FSSW設備進行了測試，發(fā)現(xiàn)其滿足設計要求。分別對6061鋁合金、AZ91鎂合金和黃銅進行了焊接實驗，均得到了成形美觀的焊點。針對6061鋁合金，研究了回填式FSSW的焊點成形和微觀組織，發(fā)現(xiàn)焊點橫截面呈“盆狀”，且焊點內(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)、熱機影響區(qū)和熱影響區(qū)。研究了工藝參數(shù)對接頭拉剪性能的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨著轉速、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