基于焊接温度对搅拌摩擦焊接工艺参数的动态调整的制作方法
【专利摘要】提供了一种搅拌摩擦焊接方法。该方法包括，通过沿着两个部件之间的接缝引导旋转的搅拌摩擦焊接工具来开始搅拌摩擦焊接操作。可以测量产生的焊缝的温度。由此，控制器可以调整与搅拌摩擦焊接过程关联的工艺参数，减小焊缝的期望与实测温度之间的差。期望的温度可以对应于部件塑化的温度。工艺参数可以包括：搅拌摩擦焊接工具的旋转速度、馈送速率、沿搅拌摩擦焊接工具长度的轴向力、及搅拌摩擦焊接工具的倾斜角。
【专利说明】基于焊接温度对搅拌摩擦焊接工艺参数的动态调整
【技术领域】
[0001]本公开内容总体上涉及搅拌摩擦焊接(friction stir welding),尤其涉及用于提高通过搅拌摩擦焊接产生的焊缝质量的方法、装置与计算机程序产品。
【背景技术】
[0002]已经开发出各种各样的方法和装置来结合两个部件。用于结合两个部件的方法的例子实施例包括粘合剂键合、焊接、紧固件的使用等。在结合某些材料(例如金属)的背景下，焊接(welding)被确定为目前使用的合适方法。
[0003]存在各种形式的焊接方法。焊接方法的例子实施例包括激光焊接、弧焊、气焊和搅拌摩擦焊接。搅拌摩擦焊接相比其它形式的焊接可能存在某些优势。例如，搅拌摩擦焊接不涉及把被焊接的部件加热到像其它形式的焊接那么高的程度。另外，搅拌摩擦焊接不需要使用有可能把污染物引入焊缝的焊剂或气体。但是，利用搅拌摩擦焊接形成适当结实和美观的焊缝还存在某些挑战。
[0004]相应地，提供了改进的搅拌摩擦焊接的装置与方法。
【发明内容】
[0005]提供了一种搅拌摩擦焊接方法。该方法可以由用于搅拌摩擦焊接的各种系统进行。例如，用于搅拌摩擦焊接的这样一种系统可以包括搅拌摩擦焊接工具、旋转该搅拌摩擦焊接工具的电动机、移动搅拌摩擦焊接并且向被焊接的部件施力的致动器、配置成确定所产生的焊缝温度的一个或多个传感器、及配置成控制与操作搅拌摩擦焊接系统关联的工艺参数的控制器。
[0006]该方法可以包括，通过沿着被焊接的两个部件之间的接缝，引导旋转的搅拌摩擦焊接工具来开始搅拌摩擦焊接操作。当搅拌摩擦焊接开始时，可以测量由搅拌摩擦焊接工具产生的焊缝的温度。由此，基于来自温度传感器的反馈，可以调整与搅拌摩擦焊接操作关联的一个或多个工艺参数。
[0007]工艺参数可以包括:搅拌摩擦焊接工具的旋转速度、搅拌摩擦焊接工具跨接缝的长度移动的馈送速率、沿搅拌摩擦焊接工具的长度向被焊接的部件施加的轴向力、及搅拌摩擦焊接工具的倾斜角。通过在搅拌摩擦焊接过程进行的同时调整工艺参数，可以减小焊缝的实测温度与焊缝的期望温度之间的温度差。就此而言，期望的温度可以对应于部件塑化的温度，这是搅拌摩擦焊接在理想情况下发生的温度。
[0008]还提供了用于控制搅拌摩擦焊接系统的相关计算机代码。
[0009]通过审查以下附图与具体描述，对本领域技术人员来说，本公开内容的其它装置、方法、特征与优点将或者将变得显而易见。所有这种附加的系统、方法、特征和优点都要包括在本描述中、在本公开内容的范围内并且受所附权利要求的保护。
【专利附图】
【附图说明】[0010]所包括的附图是为了说明并且仅仅是用来提供所公开组件、方法和系统的可能结构与布置的例子。这些图不是要以任何方式限定在不背离本公开内容主旨与范围的情况下可以由本领域技术人员对本公开内容进行的形式与细节的任何改变。
[0011]图1说明了搅拌摩擦焊接中所执行操作的透视图；
[0012]图2说明了基于搅拌摩擦焊接操作过程中旋转速度与馈送速率的变化的温度响应曲线；
[0013]图3说明了基于搅拌摩擦焊接操作过程中旋转速度、馈送速率与轴向力的变化的三维温度响应曲线；
[0014]图4说明了根据本公开内容一种例子实施例的搅拌摩擦焊接系统的示意图；
[0015]图5根据本公开内容一种例子实施例说明了图4搅拌摩擦焊接系统的部分透视图，该搅拌摩擦焊接系统包括离搅拌摩擦焊接工具以固定距离安装的多个温度传感器；
[0016]图6根据本公开内容一种例子实施例说明了图4搅拌摩擦焊接系统的部分侧视图，该搅拌摩擦焊接系统包括在垫板中安装的多个温度传感器；
[0017]图7说明了图6中所说明的搅拌摩擦焊接系统的部分的端视图；
[0018]图8根据本公开内容一种例子实施例说明了图4搅拌摩擦焊接系统的一部分的端视图，该搅拌摩擦焊接系统包括安装在垫板中的多个温度传感器和多个接近度传感器，温度传感器距离被焊接的部件之间的接缝有垂直移位，而接近度传感器与该接缝对准；
[0019]图9根据本公开内容一种例子实施例说明了图4搅拌摩擦焊接系统的一部分的侧视图，该搅拌摩擦焊接系统包括安装在垫板中的多个温度传感器和多个接近度传感器，温度传感器和接近度传感器交替地布置并与被焊接的部件之间的接缝对准；
[0020]图10说明了根据本公开内容一种例子实施例的搅拌摩擦焊接方法；及
[0021]图11说明了根据本公开内容一种例子实施例的电子设备的框图。
具体实施例
[0022]这部分中描述根据本公开内容的装置、系统与方法的示例性应用。这些例子的提供仅仅是增加背景并帮助理解本公开内容。因而，对本领域技术人员来说很显然，本公开内容没有这些具体细节中的一些或全部也可以实践。在其它情况下，众所周知的工艺步骤没有具体描述，以避免不必要地模糊本公开内容。其它应用也是可能的，以至于以下例子不应当理解是是限制。
[0023]搅拌摩擦焊接是用于结合两个部件的一种方法，相对于其它形式的焊接，该方法可能存在某些优势。例如，搅拌摩擦焊接可能不把被焊接的部件加热到像其它的焊接形式那么高的程度。就此而言，某些材料可能不能承受与其它焊接形式关联的温度。另外，让部件经受高温可能造成部件翘曲。因为热量，应力也会在部件之间的接缝处产生，这可能最终导致焊缝故障。
[0024]此外，搅拌摩擦焊接的好处还在于它不需要使用有可能把污染物引入焊缝的焊剂或气体。把污染物引入焊缝可能影响随后对该部件执行的其它操作。例如，当污染物引入焊缝之后，可能更难以阳极电镀该部件。
[0025]搅拌摩擦焊接是一种固态结合过程(这意味着金属不熔化)而且可以在原始金属特性必须尽可能保持不变的应用中使用。通过在接缝的位置机械地混合两块金属、把它们变形成允许利用机械压力熔合金属的软化状态，搅拌摩擦焊接被实现。尽管其它材料也可以被焊接，但是这种工艺主要用在铝上，而且最经常地是用在不能很容易地在焊接之后进行热处理以便恢复回火特性的大块的铝。
[0026]图1示意性地说明了搅拌摩擦焊接过程的一种例子实施例。如所说明的，第一部件100可以利用持续旋转的搅拌摩擦焊接工具104经搅拌摩擦焊接结合到第二部件102，其中搅拌摩擦焊接工具104包括锤头106和从其延伸的销108。为了沿着之间的接缝110把第一部件100和第二部件102焊接到一起，例如，通过在起点114沿路径112向下引导工具，搅拌摩擦焊接工具104可以首先插入接缝中。然后，工具104可以沿着第一部件100和第二部件102之间的接缝110沿着路径116横向馈送，其中第一部件100和第二部件102可以紧紧地夹到一起。销108可以比所需的焊接深度稍短，让锤头106骑在工作表面之上。
[0027]摩擦热在固定搅拌摩擦焊接工具104及被焊接点部件100、102的耐磨焊接组件之间产生。这种热量连同由机械混合过程产生的热量及材料内部的绝热热(adiabatic heat)一起使被搅拌的材料软化(soften)并塑化(plasticized),但不熔化(melting)。当销108沿着路径116向前移动时，塑化的材料移动到后面，在那里夹紧力有助于焊接的锻造凝固。搅拌摩擦焊接工具104沿着材料的塑化管状轴中的焊接线穿行的这个过程可能导致严重的固态变形，涉及基底材料的动态再结晶。在接缝110处穿行路径116之后，搅拌摩擦焊接工具104可以在结束点118沿着路径120向上从材料抬起。相应地，沿着起点114与结束点118之间的接缝110会产生焊缝。
[0028]经搅拌摩擦焊接形成具有期望强度与美观属性的焊缝可能存在某些问题。传统的搅拌摩擦焊接关于确定搅拌摩擦焊接过程中所采用的各种工艺参数可能涉及反复试验。就此而言，搅拌摩擦焊接可能涉及把搅拌摩擦焊接工具的旋转速度设定为固定数值，然后测试各种馈送速率和/或轴向力，来确定哪些参数工作得最好。一旦确定了这些工艺参数，当要制造一个产品的多个单元时，这些参数就可以在每对部件的搅拌摩擦焊接过程中重复采用。
[0029]但是，这种过程可能不会对要焊接的每对部件都产生高质量的焊缝。就此而言，在部件之间可能存在属于制造容限内的部件尺寸与形状的某些差异。另外，周围环境在焊接过程中也可能变化，这会影响部件的温度、尺寸和/或形状。此外，在制造过程中焊接操作可能由于多种原因而停止并重新开始。由此，在开始/停止位置的部件的温度可能与持续焊接操作中的温度不同。与搅拌摩擦焊接关联的条件中的上述变化可能使具有预定义焊接参数的搅拌摩擦焊接产生不一致的结果。
[0030]如以上所指出的，经搅拌摩擦焊接产生高质量的焊缝可能需要把要焊接的部件加热到合适的温度，使得该部件在接缝处塑化，但不熔化。就此而言，图2说明了基于搅拌摩擦焊接工具的旋转速度202和搅拌摩擦焊接的馈送速率204的变化的温度响应曲线。如所图示的，旋转速度202与馈送速率204的各种组合可以产生塑化区域206，在这个区域中，被焊接的部件加热到合适的温度，使得它们被塑化并且适当地混合，形成理想的焊缝。但是，也可能产生加热不足的区域208，在那里旋转速度202与馈送速率204的组合没有产生足够的热量来塑化被焊接的部件，由此部件之间的混合受阻并且部件可能不能适当地结合。相反，也可能产生过热的区域210，在那里旋转速度202与馈送速率204的组合产生超过令材料塑化的温度的热量。相应地，部件可能在过热的区域210中熔化，导致差的焊缝。[0031]但是，本 申请人:已经认识到，各种其它参数会影响被焊接的部件的温度。例如，沿搅拌摩擦焊接工具的长度、向被焊接的部件施加的轴向力和搅拌摩擦焊接工具的倾斜角也可能影响被焊接的部件的温度，并且因此影响部件塑化的条件。可以为这些工艺参数中的每一个确定温度响应曲线。例如，温度响应曲线可以经对要焊接的部件的计算机模型进行的有限元分析(FEA)来确定。可选地，温度响应曲线可以通过调整工艺参数并记录焊缝温度的结果变化来凭经验确定。例如，可以一次改变一个工艺参数，以避免混淆所得到的温度变化的造成原因。
[0032]图3说明了基于搅拌摩擦焊接工具的旋转速度302、搅拌摩擦焊接工具的馈送速率304和沿搅拌摩擦焊接工具的长度向被焊接的部件施加的轴向力306的变化的温度响应曲线的三维图300。就此而言，在有些实施例中，多条温度响应曲线可以组合到三维格式中。如所说明的，三个工艺参数302、304、306可以按照某种组合产生塑化区域308。应当指出，图2和3中所提供的图总体上说明了所产生的塑化区域。就此而言，除其它因素之外，塑化区域的特性可以依赖被焊接的材料的类型而变。
[0033]相应地，本 申请人:已经确定，为了产生理想的焊缝，可能期望在搅拌摩擦焊接过程中主动控制工艺参数，以便在塑化区域内实现期望的焊接温度。就此而言，图4说明了根据本公开内容一种实施例的搅拌摩擦焊接系统400。搅拌摩擦焊接系统400可以包括搅拌摩擦焊接工具402，该工具配置成沿其间的接缝408把第一部件404搅拌摩擦焊接到第二部件406。在所说明的实施例中，第一部件404和第二部件406被定位为对接放置。但是，第一部件404和第二部件406可以在各种配置中焊接到一起。
[0034]电动机410可以配置成通过旋转耦合在其间的心轴412来旋转搅拌摩擦焊接工具402。另外，致动器414可以配置成向第一部件404和第二部件406沿搅拌摩擦焊接工具402施加轴向力。另外，致动器414可以沿着其间的接缝408相对于第一部件404和第二部件406移位所述搅拌摩擦焊接工具402。在所说明的实施例中，致动器414包括机器人组件。如所说明的，机器人组件可以包括一个或多个手臂416、一个或多个关节418及一个底座420。因而，手臂416可以关于关节418旋转，以便在适当的位置定位搅拌摩擦焊接工具402，搅拌摩擦焊接部件404、406之间的接缝408。但是，致动器的各种其它实施例(例如，龙门架系统)也可以用来控制搅拌摩擦焊接工具402相对于被焊接的部件404、406的位置。
[0035]不管采用什么特定的致动器实施例，搅拌摩擦焊接系统400都可以进一步包括控制器422。控制器422可以配置成控制致动器414、电动机410和/或搅拌摩擦焊接系统400的其它部分。因而，系统400可以沿其间的接缝408把第一部件404和第二部件406焊接到一起。为了清晰，未示出的紧固件可以用来在搅拌摩擦焊接过程中把部件404、406保持在适当的位置和/或沿着接缝408彼此相对地按压这些部件。
[0036]如图5中进一步说明的，系统400可以附加地包括配置成测量第一部件404和第二部件406中至少一个的温度的一个或多个传感器424、426、428。更具体地说，传感器可以包括位于搅拌摩擦焊接工具402附近的温度传感器424。这个传感器424可以与搅拌摩擦焊接工具402接触，以便间接地确定搅拌摩擦焊接工具402在其中旋转而在第一部件404和第二部件406之间产生的焊缝430的温度。
[0037]传感器可以附加地或可选地包括下游温度传感器426，该温度传感器确定在搅拌摩擦焊接工具402下游在第一部件404和第二部件406之间产生的焊缝430的温度。就此而言，下游温度传感器426可以安装到手臂432，该手臂432相对于焊接方向434把下游温度传感器定位到搅拌摩擦焊接工具402后面。通过确定部件404、406在搅拌摩擦焊接工具402或者其稍微下游一点的温度，温度传感器424、426可以用来确定搅拌摩擦焊接过程要把所述部件加热到的温度。
[0038]相应地，各种工艺参数可以调整成达到从搅拌摩擦焊接产生的焊缝430的期望温度。应当指出，初始的搅拌摩擦焊接工艺参数可以通过反复试验凭经验确定，如以上所描述的。然后，该初始工艺参数可以基于以焊缝产生温度的形式提供的反馈来调整，如以下所描述的。
[0039]传感器还可以包括上游温度传感器428，该温度传感器配置成确定在搅拌摩擦焊接工具402上游的第一部件404和第二部件406的温度。就此而言，上游温度传感器428可以安装到手臂438，该手臂438相对于焊接方向434把上游温度传感器定位到搅拌摩擦焊接工具402的前面。通过确定搅拌摩擦焊接工具402上游部件404、406的温度，可以知道搅拌摩擦焊接之前该部件的温度。由于搅拌摩擦焊接之前部件404、406的初始温度会影响焊缝430的结果温度，因此可能期望知道部件的初始温度，使得工艺参数可以调整成达到焊缝的期望温度，如以下所讨论的。
[0040]在有些实施例中，部件404、406可以在焊接之前预热。通过预热第一部件404和第二部件406，通过旋转搅拌摩擦焊接工具402的摩擦产生的所需热量可以减少。就此而言，由于预热的第一和第二部件404、406需要更少的附加热量达到允许定义第一和第二部件的材料混合的塑化状态，因此搅拌摩擦焊接工具402可以以更低的速度旋转。相应地，搅拌摩擦焊接工具402的寿命可以延长。另外，由于，作为预热的结果，第一和第二部件404、406可以更容易地混合，搅拌摩擦焊接工具402横穿接缝408的速度可以提高。但是，预热可能不在所有实施例中进行。
[0041]在一种备选实施例中，传感器可以安装在紧固件中，而不是相对于搅拌摩擦焊接工具402固定。例如，图6说明了一种实施例，其中温度传感器440安装在垫板442中，在搅拌摩擦焊接过程中，第一和第二部件404、406放在该垫板442上。如所说明的，包括温度传感器440的热电偶堆444可以沿垫板442 (或者至少其一部分)的长度延伸，使得温度传感器沿被焊接的部件404、406的长度延伸。相应地，第一部件404和/或第二部件406的温度可以在搅拌摩擦焊接工具402处、和/或搅拌摩擦焊接工具稍微下游一点进行测量，以便确定焊缝430的温度。此外，温度传感器440可以测量搅拌摩擦焊接工具402上游的第一部件404和/或第二部件406的温度，以便确定部件的初始温度。
[0042]如图7中所说明的，在一种实施例中，垫板442中的温度传感器440可以沿部件404、406之间的接缝408定位。相应地，焊缝430的温度可以通过靠近接缝408放置温度传感器440来确定。但是，在备选实施例中，温度传感器440可以放在不同的位置。
[0043]例如，图8说明了一种实施例，其中温度传感器440安装在垫板442中，但是距离部件404、406之间的接缝有垂直移位。在有些实施例中，控制器422可以考虑在温度传感器位置处440的部件404、406的温度及接缝408处焊缝430的温度的任何变化。例如，这个温度变化可以凭经验确定。
[0044]如图8中进一步说明的，在有些实施例中，搅拌摩擦焊接系统400可以进一步包括一个或多个接近度传感器446。接近度传感器446可以配置成确定搅拌摩擦焊接工具402沿接缝408进入部件404、408的插入深度。尽管接近度传感器的各种其它实施例可以在其它实施例中使用，但是，在一种实施例中，接近度传感器446可以包括电容式、多普勒效应、涡流，电感式、激光、磁性、光学、雷达和/或声纳传感器。包括接近度传感器446的接近感测堆448可以沿垫板442 (或者至少其一部分)的长度延伸，使得接近度传感器沿被焊接的部件404、406的长度延伸。相应地，接近感测堆448能够确定旋转的搅拌摩擦焊接工具402在其沿着被焊接的部件404、406之间的接缝408移动时的插入深度。
[0045]如所说明的，在搅拌摩擦焊接过程中，接近度传感器446可以与部件404、406之间的接缝408对准，使得接近度传感器与搅拌摩擦焊接工具402对准。就此而言，接近度传感器446可以在搅拌摩擦焊接系统400的实施例中采用，其中温度传感器440距离部件404、406之间的接缝408有垂直移位。可替换地，如图9中所说明的，温度传感器440和接近传感器446可以安装到垫板442中，使得它们沿部件404、406之间接缝408的长度交替布置。相应地，提供了用于温度传感器440和接近度传感器446的各种安装选项。
[0046]控制器422 (或者一个独立的控制器)可以配置成指示致动器414动态调整搅拌摩擦焊接工具402的插入深度。更具体地说，控制器422可以配置成，在沿着部件404、406之间的接缝408引导旋转的搅拌摩擦焊接工具402的同时，指示致动器414减小由接近度传感器446测出的插入深度与期望插入深度之间的插入深度差。就此而言，由于制造容限内部件404、406的材料厚度与形状的变化，搅拌摩擦焊接工具402可能延伸到部件404、406之间的接缝408中太大或太小的插入深度。
[0047]如果搅拌摩擦焊接工具402没有延伸到部件404、406之间的接缝408中足够远，就会形成不完整的焊缝，这种焊缝具有比期望低的强度。可替换地，如果搅拌摩擦焊接工具402延伸到部件404、406之间的接缝408中太远，则搅拌摩擦焊接工具402会接触到垫板，这会造成对搅拌摩擦焊接工具、垫板和/或垫板中传感器(例如温度传感器440)的损坏。相应地，通过主动控制搅拌摩擦焊接工具402的插入深度，这些问题都可以避免。
[0048]如以上所指出的，各种工艺参数可以调整成达到从搅拌摩擦焊接过程产生的焊缝430的期望温度。就此而言，控制器422 (或者一个可选的控制器)可以配置成调整一个或多个工艺参数，来减小温度传感器(例如，传感器424、426和/或440)测出的温度与焊缝期望的温度之间的温度差。如以上所描述的，焊缝430的期望温度可以凭经验确定成对应于部件404、406塑化的温度。
[0049]相应地，控制器422可以调整一个或多个工艺参数，以便达到期望的温度并在接缝408处塑化构成部件404、406的材料，形成焊缝。各种工艺参数都可以被调整。作为例子，工艺参数可以包括:搅拌摩擦焊接工具402沿接缝408的馈送速率、搅拌摩擦焊接工具的旋转速度、和/或沿搅拌摩擦焊接工具的长度施加的轴向力。
[0050]馈送速率(搅拌摩擦焊接工具402的横穿速度)可以由包括在致动器414中的传感器确定，这允许控制器422控制搅拌摩擦焊接工具的位置。与其关联的时间变化去除搅拌摩擦焊接工具位置的变化，控制器可计算以确定馈送速率。可替换地，可以采用一个独立的传感器来确定馈送速率。例如，图4说明了从动轮传感器450 (follower wheel sensor),该传感器配置成通过向一个或两个部件旋转并且把检测到的旋转发送到控制器422，然后控制器可以确定每单位时间行进的距离，来确定馈送速率。但是，确定搅拌摩擦焊接工具402的相对馈送速率的传感器的各种其它实施例都可以采用，例如光学传感器。[0051]如图4中进一步说明的，旋转速度传感器452可以确定搅拌摩擦焊接工具402的旋转速度。例如，尽管旋转传感器的各种其它实施例都可以采用，但是旋转速度传感器452可以包括配置成检测搅拌摩擦焊接工具的旋转的霍尔效应传感器。另外，搅拌摩擦焊接系统400可以附加地包括力传感器454，该传感器确定由致动器414向被焊接的部件404、406沿搅拌摩擦焊接工具402施加的轴向力。例如，在一种实施例中，力传感器454可以包括应变仪(strain gauge)。应当指出，为了清晰,上述配置成检测各种工艺参数的传感器450、452、454在剩余的图中没有说明。
[0052]相应地，通过检测各种工艺参数，一个或多个工艺参数可以调整成达到令部件404、406塑化的焊缝430的期望温度。例如，在焊缝430的实测温度小于期望温度的情况下，可以通过增加旋转速度、增加轴向力和减小馈送速率中的一个或多个动态地调整工艺参数。相反，在该温度大于期望温度的情况下，动态调整一个或多个工艺参数可以包括减小旋转速度、减小轴向力和增加馈送速率中的一个或多个。就此而言，增加的旋转速度、轴向力和减小馈送速率通常会造成焊接温度升高，而减小的旋转速度、轴向力和增加馈送速率通常会造成焊接温度下降。相应地，控制器422可以在搅拌摩擦焊接过程中调整工艺参数，实现焊缝430的期望温度。
[0053]如图6和9中所说明的，搅拌摩擦焊接工具402的倾斜角456也可以调整。就此而言，搅拌摩擦焊接工具402可以相对于垂直方向458倾斜，使得搅拌摩擦焊接工具的末梢指向焊接方向434。减小搅拌摩擦焊接工具402的倾斜角456会增加沿着接缝408垂直施加到部件404、406表面的力的成分，而增加该倾斜角会减小沿着该接缝垂直施加到部件表面的力的成分。由于搅拌摩擦焊接工具402的倾斜角456变化对焊缝430温度产生的任何影响都可以凭经验确定，而且可以相应地调整倾斜角。
[0054]控制器422可以控制成在某种约束中调整工艺参数。这种约束可以基于搅拌摩擦焊接系统400的限制。例如，电动机410可以具有最大化的旋转速度，而致动器414可以具有关于它可以施加的最大轴向力和最大馈送速率的限制。约束还可以是用户定义的。例如，可以输入最小馈送速率，以确保搅拌摩擦焊接操作遵循期望的吞吐率。
[0055]还提供了相关的搅拌摩擦焊接方法。如图10中所说明的，该方法可以包括在操作500沿着第一部件和第二部件之间的接缝引导旋转的搅拌摩擦焊接工具，在其间形成焊缝。另外，该方法可以包括在操作502测量第一部件和第二部件中至少一个的温度。此外，该方法可以包括在操作504动态调整多个工艺参数中的一个或多个，以便在沿着接缝引导旋转的搅拌摩擦焊接工具的同时，减小所述温度与焊缝期望温度之间的温度差，其中所述工艺参数包括搅拌摩擦焊接工具的轴向力、馈送速率和旋转速度。
[0056]在有些实施例中，工艺参数可以进一步包括搅拌摩擦焊接工具的倾斜角。此外，在温度低于期望温度的情况下，在操作504动态调整一个或多个工艺参数可以包括增加旋转速度、增加轴向力和减小馈送速率中的一个或多个。另外，在温度高于期望温度的情况下，在操作504动态调整一个或多个工艺参数可以包括减小旋转速度、减小轴向力和增加馈送速率中的一个或多个。
[0057]该方法可以进一步包括基于轴向力的变化、旋转速度的变化和馈送速率的变化，确定多条温度响应曲线。就此而言，在操作504动态调整一个或多个工艺参数可以包括基于温度响应曲线动态调整一个或多个工艺参数。确定温度响应曲线可以包括凭经验确定温度响应曲线或者经有限元分析确定温度响应曲线。该方法还可以包括测量旋转的搅拌摩擦焊接工具的插入深度并动态调整该插入深度，以便在沿着接缝引导旋转的搅拌摩擦焊接工具的同时，减小该插入深度与期望的插入深度之间的插入深度差。
[0058]图11是供所述实施例使用的电子设备600的框图。在一种例子实施例中，电子设备600可以体现在用于搅拌摩擦焊接系统400的控制器422中或者作为控制器422。就此而言，电子设备600可以控制或执行上述预热和/或冷却速率校准操作。
[0059]电子设备600说明了具有代表性的计算设备的电路系统。电子设备600可以包括处理器602，该处理器602可以是控制电子设备600的整体操作的微处理器或控制器。在一种实施例中，处理器602可以具体地执行在此所述的功能。电子设备600还可以包括存储器设备604。存储器设备604可以包括非临时性而且有形的存储器，这可以是例如易失性和/或非易失性存储器。存储器设备604可以配置成存储信息、数据、文件、应用、指令等。例如，存储器设备604可以配置成缓冲用于由处理器602处理的输入数据。附加地或者可选地，存储器设备604可以配置成存储由处理器602执行的指令。
[0060]电子设备600还可以包括允许电子设备600的用户与电子设备交互的用户接口606。例如，用户接口 606可以采取多种形式，例如按钮、键区、拨号盘、触摸屏、音频输入接口、可视/图像捕捉输入接口、传感器数据形式的输入等。还有，用户接口 606可以配置成通过显示器、扬声器或其它输出设备向用户输出信息。通信接口 608可以提供通过例如有线或无线网络，例如局域网(LAN)、城域网(MAN)和/或广域网(WAN)，例如互联网，发送和接收数据。
[0061 ] 电子设备600还可以包括焊接模块610。处理器602可以体现为、包括或者以别的方式控制焊接模块610。焊接模块610可以配置成用于控制或执行搅拌摩擦焊接操作，包括例如在此所述的搅拌摩擦焊接工艺参数的动态调整。
[0062]所述实施例的各个方面、实施例、实现或特征可以单独地或者以任意组合使用。所述实施例的各方面可以由软件、硬件或硬件与软件的组合来实现。所述实施例还可以体现为计算机可读介质上用于控制机器操作的计算机可读代码。就此而言，如在此所使用的，计算机可读存储介质指可以被计算机系统读取的非临时性的物理存储介质(例如，易失性或非易失性存储器设备)。计算机可读介质的例子包括只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、DVD、磁带和光学数据存储设备。计算机可读介质还可以经网络耦合的计算机系统分布，使得计算机可读代码以分布的方式存储并执行。
[0063]尽管为了清晰和理解已经具体地通过说明和例子描述了前面的公开内容，但是应当认识到，在不背离本公开内容主旨或基本特性的情况下，上述公开内容可以在各种其它的具体变体与实施例中体现。可以实践某些变化与修改，而且应当理解，本公开内容不是由前面的细节限定的，而是由所附权利要求的范围定义的。
【权利要求】
1.一种搅拌摩擦焊接方法，包括: 沿着第一部件与第二部件之间的接缝，引导旋转的搅拌摩擦焊接工具，在第一部件与第二部件之间形成焊缝； 测量第一部件与第二部件中至少一个的温度；及 在沿着接缝引导旋转的搅拌摩擦焊接工具的同时，动态调整多个工艺参数中的一个或多个，以便减小所述温度与焊缝的期望温度之间的温度差，其中所述工艺参数包括:搅拌摩擦焊接工具的轴向力、馈送速率和旋转速度。
2.如权利要求1所述的方法，其中工艺参数还包括:搅拌摩擦焊接工具的倾斜角。
3.如权利要求1所述的方法，其中动态调整一个或多个工艺参数包括:在所述温度小于期望温度的情况下，增加旋转速度、增加轴向力和减小馈送速率中的一个或多个。
4.如权利要求1所述的方法，其中动态调整一个或多个工艺参数包括:在所述温度大于期望温度的情况下，减小旋转速度、减小轴向力和增加馈送速率中的一个或多个。
5.如权利要求1所述的方法，还包括基于轴向力的变化、旋转速度的变化和馈送速率的变化，确定多条温度响应曲线， 其中动态调整一个或多个工艺参数包括:基于所述温度响应曲线来动态调整一个或多个工艺参数。
6.如权利要求5所 述的方法，其中确定温度响应曲线包括:凭经验确定温度响应曲线。
7.如权利要求5所述的方法，其中确定温度响应曲线包括:经有限元分析确定温度响应曲线。
8.如权利要求1所述的方法，还包括: 测量旋转的搅拌摩擦焊接工具的插入深度；及 在沿接缝引导旋转的搅拌摩擦焊接工具的同时，动态调整该插入深度，以便减小该插入深度与期望插入深度之间的插入深度差。
9.一种搅拌摩擦焊接系统,包括: 搅拌摩擦焊接工具，配置成沿着接缝把第一部件搅拌摩擦焊接到第二部件； 电动机，配置成以一个旋转速度旋转所述搅拌摩擦焊接工具； 致动器，配置成沿所述搅拌摩擦焊接工具向第一部件和第二部件施加轴向力，并且沿着该接缝相对于第一部件和第二部件移位所述搅拌摩擦焊接工具； 一个或多个传感器，配置成测量第一部件和第二部件中至少一个的温度；及 控制器，配置成在沿着接缝引导所述旋转的搅拌摩擦焊接工具的同时，调整多个工艺参数中的一个或多个，以便减小传感器所测温度与焊缝的期望温度之间的温度差，其中所述工艺参数包括:所述搅拌摩擦焊接工具的轴向力、馈送速率和旋转速度。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述传感器是沿着接缝安装的。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述传感器距离所述接缝有垂直移位。
12.如权利要求10所述的系统，其中所述传感器安装在垫板中。
13.如权利要求10所述的系统，其中致动器还配置成控制所述搅拌摩擦焊接工具的倾斜角，所述工艺参数进一步包括该倾斜角。
14.如权利要求10所述的系统，还包括:测量所述旋转的搅拌摩擦焊接工具的插入深度的接近度传感器，其中所述控制器进一步配置成在沿着接缝引导旋转的搅拌摩擦焊接工具的同时，动态调整该插入深度，以便减小由接近度传感器所测插入深度与期望插入深度之间的插入深度差。
15.一种搅拌摩擦焊接系统,包括: 用于沿着第一部件与第二部件之间的接缝引导旋转的搅拌摩擦焊接工具以在第一部件与第二部件之间形成焊缝的装置； 用于测量第一部件与第二部件中至少一个的温度的装置；及 用于在沿着接缝引导旋转的搅拌摩擦焊接工具的同时动态调整多个工艺参数中的一个或多个，以便减小该温度与焊缝的期望温度之间的温度差的装置，其中所述工艺参数包括:搅拌摩擦焊接工具的轴向力、馈送速率、倾斜角和旋转速度。
16.如权利要求15所述的搅拌摩擦焊接系统，其中用于动态调整一个或多个工艺参数的装置包括:用于在所述温度小于期望温度的情况下增加旋转速度、增加轴向力和减小馈送速率中的一个或多个的装置。
17.如权利要求15所述的搅拌摩擦焊接系统，其中用于动态调整一个或多个工艺参数的装置包括:用于在所述温度大于期望温度的情况下减小旋转速度、减小轴向力和增加馈送速率中的一个或多个的装置。
18.如权利要求15所述的搅拌摩擦焊接系统，还包括: 用于根据轴向力的变化、旋转速度的变化和馈送速率的变化确定多条温度响应曲线的装置， 其中用于动态调整一个或多 个工艺参数的装置包括:用于根据所述温度响应曲线动态调整一个或多个工艺参数的装置。
19.如权利要求18所述的搅拌摩擦焊接系统，其中用于确定所述温度响应曲线的装置包括:用于经有限元分析确定所述温度响应曲线的装置。
20.如权利要求15所述的搅拌摩擦焊接系统，还包括: 用于测量所述旋转的搅拌摩擦焊接工具的插入深度的装置；及用于在沿着接缝引导旋转的搅拌摩擦焊接工具的同时动态调整该插入深度，以便减小该插入深度与期望插入深度之间的插入深度差的装置。
【文档编号】B23K20/12GK103658965SQ201310382101
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2012年8月30日
【发明者】S·巴哈拉德瓦耶 申请人:苹果公司