基于差速回填式搅拌摩擦点焊控制系统的预测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种基于差速回填式搅拌摩擦点焊控制系统的预测方法和装置。该方法包括：获取焊接参数和材料数据；基于接头性能预测模型对焊接参数和材料数据进行处理，得到接头性能预测结果；判断接头性能预测结果是否大于或者等于接头性能阈值；若接头性能预测结果大于或者等于接头性能阈值，则输出接头性能预测结果；若接头性能预测结果小于接头性能阈值，则输出接头性能预测结果，并显示需要调整的焊接参数；其中，接头性能预测结果包括焊接接头的强度和焊接接头的硬度。通过本发明专利技术，解决了现有的常规回填式搅拌摩擦点焊无法预测反馈焊接接头性能的技术问题，达到了及时预测反馈焊接接头性能，减小工艺试验的盲目性，提高工作效率的技术效果。提高工作效率的技术效果。提高工作效率的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
基于差速回填式搅拌摩擦点焊控制系统的预测方法和装置


[0001]本专利技术涉及回填式搅拌摩擦点焊
，尤其涉及一种基于差速回填式搅拌摩擦点焊控制系统的预测方法和装置。

技术介绍

[0002]回填式搅拌摩擦点焊(Refill Friction Stir Spot Welding，RFSSW)是在搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，FSW)和搅拌摩擦点焊(Friction Stir Spot Welding，FSSW)的基础上发展起来的一种新型固相点焊技术。焊接工具由夹紧环、套筒及搅拌针三部分组成，夹紧环的作用是固定工件和防止焊接过程中塑性材料的外溢，套筒和搅拌针可以独立地进行上下运动。焊接过程中，依靠焊接工具高速旋转的摩擦产热使待焊金属达到粘塑性状态，然后利用搅拌针和套筒的往复运动，通过金属的挤出与回填，使搭接界面形成冶金结合。此焊接方法可以成功的消除退出孔，获得没有匙孔的点焊接头。作为一种先进的固相焊接技术，能够有效避免液相焊接的固有缺陷，在铝合金、镁合金等轻质金属点连接领域有着无可替代的优势。在焊接过程中，如果套筒和搅拌针同步转动，则为普通类型的RFSSW；如果套筒和搅拌针不同步转动，存在速度差异，则为差速RFSSW。差速RFSSW技术是近些年被提出的，相比于普通类型的RFSSW，差速RFSSW技术更加先进，能更好地抑制焊接缺陷。
[0003]虽然普通类型的RFSSW技术已经比较成熟，能够应用于工业生产中，但是其仍然存在工艺窗口较窄、容易产生焊接缺陷的问题。为了获得优质的焊接接头，需要进行大量的工艺试验，费时费力。差速RFSSW技术与普通类型的RFSSW技术的不同点主要在于套筒和搅拌针的转速不同步，存在速度差异，且二者的转速都是可调的。利用差速RFSSW技术，能够对焊接过程的热力作用更加可控，来生产无缺陷的点焊接头。然而，现有的差速RFSSW的控制系统相比于普通类型的RFSSW并没有很大的升级。虽然在一些焊机上集成了多种传感器模块，来监测焊接过程中的转速、扭矩、温度等参数的变化，但是它们只是简单的数据记录。这些实时的焊接数据只能焊后分析使用，不能及时地反馈给试验者，效率仍然较低。
[0004]针对上述的问题，尚未提出有效地解决方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种基于差速回填式搅拌摩擦点焊控制系统的预测方法和装置，以至少解决现有的常规回填式搅拌摩擦点焊无法预测反馈焊接接头性能的技术问题。
[0006]根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种基于差速回填式搅拌摩擦点焊控制系统的预测方法，包括：获取焊接参数和材料数据；基于接头性能预测模型对所述焊接参数和所述材料数据进行处理，得到接头性能预测结果；判断所述接头性能预测结果是否大于或者等于接头性能阈值；在所述接头性能预测结果大于或者等于所述接头性能阈值的情况下，则输出所述接头性能预测结果；在所述接头性能预测结果小于所述接头性能阈值的情况下，则输出所述接头性能预测结果，并显示需要调整的焊接参数；其中，所述接头性能预
测结果包括焊接接头的强度和焊接接头的硬度。
[0007]可选地，获取焊接参数，包括：基于焊机内置的传感器，采集所述焊机在焊接过程中的所述焊接参数，其中，所述焊接参数包括以下至少之一：温度信息数据、扭矩信息数据、压力信息数据。
[0008]可选地，获取材料数据，包括：在焊机进行焊接前，设置所述材料数据，其中，所述材料数据包括以下至少之一：材料物理属性、材料晶体学属性。
[0009]可选地，在获取焊接参数和材料数据之前，所述方法还包括：建立接头性能预测模型，其中，所述接头性能预测模型采用的计算表达式如下：
[0010]σ
0.2
＝σ0+K[(1+a)2μbv0exp(
‑
ΔG/K
B
T)/aT]‑
1/2
θ
1/2
[0011]Hv＝H0+K
H
[(1+a)2μbv0exp(
‑
ΔG/K
B
T)/aT]‑
1/2
θ
1/2
[0012][0013]其中，σ
0.2
表示所述焊接接头的强度；σ0表示母材的强度；K表示热扩散系数；Hv表示所述焊接接头的硬度；H0表示母材的维氏硬度；K
H
表示Hall
‑
Petch常数；a表示位错强化因子；μ表示剪切模量；b表示泊氏矢量；v0表示德拜频率；ΔG表示自扩散激活能；K
B
表示玻尔兹曼常数；θ表示摩擦焊体系熵产生；R表示焊点半径；P
v
表示焊机功率；B表示焊点宽度；T表示焊点温度。
[0014]可选地，所述接头性能阈值包括焊接接头的强度阈值和硬度阈值，其中，所述强度阈值是根据母材的强度确定，所述硬度阈值是根据母材的维氏硬度确定。
[0015]根据本专利技术实施例的另一个方面，还提供了一种基于差速回填式搅拌摩擦点焊控制系统的预测装置，包括：获取模块，用于获取焊接参数和材料数据；预测模块，用于基于接头性能预测模型对所述焊接参数和所述材料数据进行处理，得到接头性能预测结果；判断模块，用于判断所述接头性能预测结果是否大于或者等于接头性能阈值；第一输出模块，用于在所述接头性能预测结果大于或者等于所述接头性能阈值的情况下，则输出所述接头性能预测结果；第二输出模块，用于在所述接头性能预测结果小于所述接头性能阈值的情况下，则输出所述接头性能预测结果，并显示需要调整的焊接参数；其中，所述接头性能预测结果包括焊接接头的强度和焊接接头的硬度。
[0016]可选地，所述获取模块包括：采集单元，用于基于焊机内置的传感器，采集所述焊机在焊接过程中的所述焊接参数，其中，所述焊接参数包括以下至少之一：温度信息数据、扭矩信息数据、压力信息数据。
[0017]可选地，所述获取模块包括：设置单元，用于在焊机进行焊接前，设置所述材料数据，其中，所述材料数据包括以下至少之一：材料物理属性、材料晶体学属性。
[0018]可选地，上述装置还包括：建立模块，用于在获取焊接参数和材料数据之前，建立接头性能预测模型，其中，所述接头性能预测模型采用的计算表达式如下：
[0019]σ
0.2
＝σ0+K[(1+a)2μbv0exp(
‑
ΔG/K
B
T)/aT]‑
1/2
θ
1/2
[0020]Hv＝H0+K
H
[(1+a)2μbv0exp(
‑
ΔG/K
B
T)/aT]‑
1/2
θ
1/2
[0021][0022]其中，σ
0.2
表示所述焊接接头的强度；σ0表示母材的强度；K表示热扩散系数；Hv表
示所述焊接接头的硬度；H0表示母材的维氏硬度；K
H
表示Hall
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于差速回填式搅拌摩擦点焊控制系统的预测方法，其特征在于，包括：获取焊接参数和材料数据；基于接头性能预测模型对所述焊接参数和所述材料数据进行处理，得到接头性能预测结果；判断所述接头性能预测结果是否大于或者等于接头性能阈值；在所述接头性能预测结果大于或者等于所述接头性能阈值的情况下，则输出所述接头性能预测结果；在所述接头性能预测结果小于所述接头性能阈值的情况下，则输出所述接头性能预测结果，并显示需要调整的焊接参数；其中，所述接头性能预测结果包括焊接接头的强度和焊接接头的硬度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取焊接参数，包括：基于焊机内置的传感器，采集所述焊机在焊接过程中的所述焊接参数，其中，所述焊接参数包括以下至少之一：温度信息数据、扭矩信息数据、压力信息数据。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取材料数据，包括：在焊机进行焊接前，设置所述材料数据，其中，所述材料数据包括以下至少之一：材料物理属性、材料晶体学属性。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取焊接参数和材料数据之前，所述方法还包括：建立接头性能预测模型，其中，所述接头性能预测模型采用的计算表达式如下：σ
0.2
＝σ0+K[(1+a)2μbv0exp(
‑
ΔG/K
B
T)/aT]
‑
1/2
θ
1/2
Hv＝H0+K
H
[(1+a)2μbv0exp(
‑
ΔG/K
B
T)/aT]
‑
1/2
θ
1/2
其中，σ
0.2
表示所述焊接接头的强度；σ0表示母材的强度；K表示热扩散系数；Hv表示所述焊接接头的硬度；H0表示母材的维氏硬度；K
H
表示Hall
‑
Petch常数；a表示位错强化因子；μ表示剪切模量；b表示泊氏矢量；v0表示德拜频率；ΔG表示自扩散激活能；K
B
表示玻尔兹曼常数；θ表示摩擦焊体系熵产生；R表示焊点半径；P
v
表示焊机功率；B表示焊点宽度；T表示焊点温度。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述接头性能阈值包括焊接接头的强度阈值和硬度阈值，其中，所述强度阈值是根据母材的强度确定，所述硬度阈值是根据母材的维氏硬度确定。6.一种基于差速回填式搅拌摩擦点焊控制系统的预测装置，其特征在于，包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊江涛，张达，董继红，赵华夏，王怡嵩，李京龙，郭伟，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：