【摘 要】
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搅拌摩擦焊接时,焊接质量会由于焊接参数和一些不定性因素,造成变形、有效厚度减薄等严重缺陷,从而使接头结构失效。针对该问题,本文设计了一套完整的搅拌摩擦焊轴向力检测控制系统,研究了1mm厚6061-T6铝合金薄板高转速搅拌摩擦焊接头的轴向力变化趋势、轴向力对焊接接头组织及力学性能的影响变化规律,分析了接头成形机理,改善了1mm6061-T6铝合金薄板高转速搅拌摩擦焊接工艺参数,并基于试验研究建立了B
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搅拌摩擦焊接时,焊接质量会由于焊接参数和一些不定性因素,造成变形、有效厚度减薄等严重缺陷,从而使接头结构失效。针对该问题,本文设计了一套完整的搅拌摩擦焊轴向力检测控制系统,研究了1mm厚6061-T6铝合金薄板高转速搅拌摩擦焊接头的轴向力变化趋势、轴向力对焊接接头组织及力学性能的影响变化规律,分析了接头成形机理,改善了1mm6061-T6铝合金薄板高转速搅拌摩擦焊接工艺参数,并基于试验研究建立了BP神经网络轴向力预测模型,实现了轴向力闭环控制系统的搭建。本文利用正交试验,研究了不同焊接参数对轴向力以及焊接质量的影响。试验研究表明,焊接速度对焊接轴向力的影响最大,经研究焊接速度与焊接轴向力之间的拟合变化曲线为:y=-1.5e-06*x2+0.0017*x+0.58,其中y为焊接轴向力,单位为k N;x为焊接速度,单位为mm·min-1。同时获得1mm厚6061-T6铝合金薄板的最佳焊接参数,焊接速度为200mm·min-1,主轴转速为10000rpm,轴肩下压量为0.06mm。通过焊接接头进行力学性能分析和组织观察相结合的方法,对不同轴向力作用下的焊接质量进行深入研究。试验研究表明,当焊接轴向力处于0.9k N～1k N时,可以获得性能优良且成形美观的焊接接头,此时接头的抗拉强度可达201MPa,为母材强度的70%,断口规则有明显颈缩现象。接头各区域硬度值分布均匀,无明显突变,焊核区以细小等轴晶为主,热机影响区组织过渡均匀,热影响区较窄对焊缝影响较小,无隧道沟槽等缺陷产生。过大或过小的焊接轴向力将导致相应焊接缺陷的产生同时降低接头的力学性能。通过BP神经网络算法,设计了一个3输入1输出的轴向力神经网络预测模型,该模型为三层结构包括:输入层、隐含层、输出层,模型使用的是Levenberg-Marquardt BP训练函数（trainlm）,各层之间的传递函数为单极性S函数logsig,并结合实际实验数据实现轴向力预测模型的建立。经验证,模型预测结果误差集中、差值较小、具有较高的稳定性。因此模型的能够有效预测相应焊接参数下的焊接轴向力,且模拟运行效果良好。以轴向力为模糊控制器输入,焊接速度为控制对象,对模糊控制器进行算法设计,实现对轴向力的调整,并结合BP神经网络预测模型,进行了仿真模拟试验。仿真结果表明,轴向力闭环控制系统具有较好的稳定性和较强的目标值跟踪性。最终,实现实际的硬件上的连接,和各单元模块间的相互通信。试验研究表明,焊接轴向力在目标值附近上下浮动小,波动范围较小,系统稳定性好。焊接接头组织均匀致密,各区域之间过渡均匀,无明显的焊接缺陷。抗拉强度达到195Mpa约占母材（290MPa）的70%。硬度分布均匀,无明显的突变,接头力学性能优良。综上控制系统可以达到控制目的,能够满足实验设计要求。
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