一种搅拌摩擦焊接头装配质量的综合调整方法技术

本发明专利技术公开一种搅拌摩擦焊接头装配质量的综合调整方法，依据焊缝接头强度需求，提出了一种综合考虑焊缝间隙、焊缝错边以及焊缝对中等三大要素的焊缝装配质量优化方法。避免了传统评价方法分别仅考虑单一装配要素对接头强度的影响，从而造成焊缝装配工艺设计时，单项工艺要素容差限值过于严格以至难以实施等问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌摩擦焊接头装配质量的综合调整方法


[0001]本专利技术涉及一种焊缝装配质量评价方法，特别涉及一种采用搅拌摩擦焊技术，用于对接接头焊接时的焊缝装配质量评价方法。

技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊接技术作为一项绿色高效的固相连接技术，能够实现铝合金、钛合金、镁合金、铜合金及钢等同种材料或异种材料之间的连接。经过二十多年的发展，该技术已在航空航天、舰船装备、轨道交通、新型汽车、电力电子等领域的相关结构件制造方面得到了广泛的应用。虽然搅拌摩擦焊技术已有广泛的应用领域，但其焊前装配质量对焊后的接头性能产生直接影响。
[0003]对搅拌摩擦焊接技术而言，焊缝间隙、焊缝错边以及搅拌针轴线与焊缝中心的对中情况(后文简称“焊缝对中”)等是构成其对接接头装配质量的三大要素(图1)，而“零间隙”、“无错边”、“正对中”则是焊缝装配质量的理想状态。但是在实际焊接生产过程中，由于受到焊接设备、工装夹具、结构加工精度、薄壁件曲翘变形等多个因素的影响，待焊接头的装配质量总会存在一定的偏差，而装配偏差往往会导致焊接接头性能的下降。鉴于装配质量的重要性，工业界针对搅拌摩擦焊接接头的装配质量开展了相关研究，分析了焊缝间隙、焊缝错变量以及焊缝对中等装配要素各自对接头强度的影响，并针对单个装配要素给出了容差限值。但是，在实际焊接过程中，焊缝间隙、错边及焊缝对中等装配质量要素偏离的问题是同时出现，焊接接头质量是上述三个要素的综合作用结果。而且，如要求每一个装配要素都符合容差限值范围，虽然可以保证接头的焊接质量，但会为焊前装配工艺参数设定带来过于严苛的限制条件，造成焊前准备时间长、工序繁琐、耗费成本高等一系列问题，并且降低了搅拌摩擦焊的工艺鲁棒性。因此，如何描述各装配要素对焊缝接头性能产生的综合影响，并能对装配工艺做出指导、改进和优化，目前仍未发现有效的解决办法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，针对焊接接头的搅拌摩擦焊接工艺，依据焊缝接头强度需求，提出了一种综合考虑焊缝间隙、焊缝错边以及焊缝对中这三大要素的焊缝装配质量优化方法，避免了传统评价方法分别仅考虑单一装配要素对接头强度的影响，从而造成焊缝装配工艺设计时，单项工艺要素容差限值过于严格以至难以实施等问题。
[0005]根据统计学原理，本方法通过响应面法确定焊缝装配质量与接头强度之间的关联性，构造出描述两者复杂关系的响应面函数。在此基础上，依据蒙特卡洛法，根据焊缝装配质量对焊缝的失效风险进行量化评估，以焊缝面临的失效风险来量化焊缝装配质量的技术指标，从而使得在焊缝装配工艺参数的选择上具有科学性和优化的依据。
[0006]本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现。
[0007]一种搅拌摩擦焊接头装配质量的综合调整方法，按照下述步骤进行：
[0008]步骤1，通过响应面实验搜集分析样本，根据响应面实验设计方法建立各自变量的
边界值和重复检验次数，并以此开展采用不同装配要素参数条件下的工艺试验，并收集与相关参数对应的焊缝接头强度
[0009]步骤2，利用步骤1获得的数据进行多元回归拟合，得到代表各装配要素与接头强度之间相关性的响应函数
[0010]步骤3，将各装配质量要素视为服从正态分布的随机变量，有：
[0011]x
i
～N(μ
i
,δ
i
),(i＝1,2,3)
[0012]其中μ
i
是第i个装配质量要素容限偏差的中值，μ
i
+3δ
i
为容限上偏差值，μ
i-3δ
i
为容限下偏差值；
[0013]构建功能函数，描述如下：Z(x)＝y(x)-σ
b
[0014]其中，σ
b
为预定的接头断裂强度，y(x)为依据具体的装配质量条件下所预测的接头断裂强度。如果Z(x)＜0，说明焊缝强度小于预定的断裂强度，在此装配条件下得到的焊缝强度将不满足预定要求；反之，如果Z(x)＞0，说明焊缝装配质量满足预定要求
[0015]在进行综合调整时，使用利用蒙特卡洛法对焊缝断裂风险进行预测
[0016]在使用蒙特卡洛法进行风险分析前，需要构建一定数量服从正态分布变量的随机数，通常分为两步进行。首先，在区间(0,1)内通过乘同余法产生均匀分布随机数，然后通过坐标变换法将其转换为满足正态分布的随机数。此两种方法为计算统计学中的常用算法。基于上述两种方法，设N≥1000，在各装配要素中取N个服从正态分布的随机数，代入上式中进行计算，得到集合：
[0017]{Z1(x)，Z2(x)，
…
，Z
N
(x)}
[0018]并将其中Z
j
(x)(j＝1，2，
…
，N)＞0的个数记为n。取表示在对应的装配条件下，该焊缝有概率为P的情况下满足预计接头强度大于预定破坏强度σ
b
，则焊缝合格。据此，来对搅拌摩擦焊装配质量作出综合评价。
[0019]本专利技术将各装配质量的要素视为自变量，通过一定数量的工艺试验建立分析样本，以响应面法构建多装配要素与焊缝接头强度之间的相关性，并通过显函数做出定量描述。
[0020]依据预定的焊缝强度要求，本方法通过焊缝获得可靠接头强度的概率来度量焊缝装配质量。设随机变量X＝(x1，x2，x3)，其中x1，x2，x3分别代表焊缝间隙、焊缝对中和焊缝错边量的值。并通过下列公式描述焊缝的接头强度能否满足预定的接头强度：
[0021]Z(X)＝y(X)-σ
b
ꢀꢀꢀ
(1)
[0022]其中，y(X)是由为依据具体的装配质量X所预计的接头断裂强度，σ
b
为预定的接头强度。如果Z(x)＜0，说明预计焊缝强度小于预定的断裂强度，在此装配条件下得到的焊缝强度将不满足预定要求，可推断焊缝装配质量不合格；反之，如果z(x)＞0，说明焊缝装配质量满足预定强度要求，装配质量合格。针对焊缝转配质量的合格性的概率度量，表示为：
[0023]P
r
＝P(Z＞0)＝∫∫∫
Z＞0
f(x1，x2，x3)dx1dx2dx3ꢀꢀꢀ
(2)
[0024]其中，f(x1，x2，x3)为描述装配质量合格性的概率密度函数。
[0025]采用响应面法构建多装配要素与焊缝接头强度之间的质量相关性，并通过显函数表达式为：
[0026][0027]其中，y(x)是响应函数，即代表焊缝的接头强度；x1，x2，x3是多个自变量，分别代表焊缝间隙、焊缝对中和焊缝错边量；ε代表随机误差；β
hi
为x
h
和x
i
之间的交互效应系数；β
ii
为x
i
的二次效应系数。
[0028]对于一定误差容限的各装配质量要素视为服从正态分布的随机变量。由于公式(2)中的概本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦焊接头装配质量的综合调整方法，其特征在于，按照下述步骤进行：步骤1，通过响应面实验搜集分析样本，根据响应面实验设计方法建立各自变量的边界值和重复检验次数，并以此开展采用不同装配要素参数条件下的工艺试验，并收集与相关参数对应的焊缝接头强度；步骤2，利用步骤1获得的数据进行多元回归拟合，得到代表各装配要素与接头强度之间相关性的响应函数；步骤3，将各装配质量要素视为服从正态分布的随机变量，有：x
i
～N(μ
i
，δ
i
)，(i＝1，2，3)其中μ
i
是第i个装配质量要素容限偏差的中值，μ
i
+3δ
i
为容限上偏差值，μ
i-3δ
i
为容限下偏差值；构建功能函数，描述如下：Z(x)＝y(x)-σ
b
其中，σ
b
为预定的接头断裂强度，y(x)为依据具体的装配质量条件下所预测的接头断裂强度。如果Z(x)＜0，说明焊缝强度小于预定的断裂强度，在此装配条件下得到的焊缝强度将不满足预定要求；反之，如果Z(x)＞0，说明焊缝装配质量满足预定要求。2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接头装配质量的综合调整方法，其特征在于，利用蒙特卡洛法对焊缝断裂风险进行预测。3.根据权利要求2所述的一种搅拌摩擦焊接头装配质量的综合调整方法，其特征在于，在使用蒙特卡洛法进行风险分析前，需要构建一定数量服从正态分布变量的随机数，通常分为两步进行：首先，在区间(0，1)内通过乘同余法产生均匀分布随机数，然后通过坐标变换法将其转换为满足正态分布的随机数，设N≥1000，在各装配要素中取N个服从正态分布的随机数，代入上式中进行计算，得到集合：{Z1(x)，Z2(x)，
…
，Z

【专利技术属性】
技术研发人员：李桓，罗传光，徐光霈，吴胜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：