搅拌摩擦焊焊接过程多维力测试研究
搅拌摩擦焊焊接技术(FSW)拥有卓越的焊接特性，相比于传统焊接技术，它有着无法比拟的优点。它作为一种新型的固相连接技术在航空航天制造中获得了越来越多的关注与应用。如今对搅拌摩擦焊焊接过程进行更深层次的研究是提高焊接质量最有效的方法，其中焊接多维力作为影响焊接质量的重要因素之一，它的实时监测成为了目前搅拌摩擦焊接技术发展的重点方向。 目前国内外研制了不同类型的测力仪，其中应变式测力仪居多，但应变多维力传感器虽然测量精度高，但具有解耦复杂，缺乏动态补偿，测量范围相对较小等缺点，不适于动态测量。因此本文基于18mm厚的2219铝板焊接过程研制出了一种压电测力单元，该测力单元具有测试量程大、测试精度高、固有频率高以及稳定性良好等诸多优点，以此保证了搅拌摩擦焊测量数据的可靠性和测力单元良好的静动态性能。 首先，针对搅拌摩擦焊焊接过程中搅拌头的受力问题，采用了ABAQUS的耦合欧拉-拉格朗日法（CEL）建立了焊件和搅拌头的仿真模型，通过对焊接材料成分的获取，采用软件分析得出其与温度相关的材料参数。结合实际的焊接过程和工艺参数，将仿真过程分为下压、预热、进给三个阶段。通过仿真模拟获得了搅拌头所受三向力的数值曲线，为后续测力单元结构的设计与量程的确定提供方向。 其次，通过分析四点支撑式测力仪的测量原理确定每个测力单元的量程，根据压电石英晶体的压电效应原理与压电系数矩阵，开展了石英晶片切型与几何研究，确定了满足特定测量要求与预紧要求的晶片三维尺寸，设计了多种切型晶片组合晶组并确定了最优组合方式，形成了三向力压电石英晶组。基于以上设计了测力单元的结构。 最后，按照测力单元的结构型式和标准量程,选用活塞型液压力发生器为基础加载设备，设计了夹具等标定零件以保证测力单元与标定装置的精确固定。使用液压测量设备可以对测力单位进行静、动标定，所获得的静态指标主要包括非线性误差、重复性偏差、向间干扰，和动态指标的固定频率。结果表明，该测力单元具有向间干扰小（1.5%）、量程大（50000N）、固有频率高（8kHz）等优点，满足焊接过程的测量要求。
搅拌摩擦焊;压电测力仪;在线测量;动态仿真;静态标定
大连理工大学
硕士
测试计量技术及仪器
任宗金
2022
中文
TG439.8
2023-02-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）