攪拌摩擦焊接過程控制研究綜述

陳書錦，薛俊榮，李浩，倪瑞洋，周洋

(江蘇科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

自從1991年攪拌摩擦焊接(Friction Stir Welding，F(xiàn)SW)技術(shù)誕生以來[1]，人們對于這項綠色高效的固相連接技術(shù)的研究方興未艾。經(jīng)過20多年的發(fā)展，F(xiàn)SW技術(shù)能夠焊接鋁合金、鎂合金、鈦合金、銅合金、鋼等材料[2—3]，特別適用于弧焊效果不好的金屬;同時也衍生出了攪拌摩擦加工[4]、攪拌摩擦點(diǎn)焊[5]、雙軸肩攪拌摩擦焊接[6]等技術(shù)。

當(dāng)前焊接過程正朝向高度自動化方向發(fā)展。攪拌摩擦焊機(jī)是典型的機(jī)電系統(tǒng)，與傳統(tǒng)意義的銑床頗為相似，因此易于在現(xiàn)有數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展焊接過程的自動控制技術(shù)。然而攪拌摩擦焊接過程與銑削過程大不相同，影響焊接過程的因素很多，如焊接速度、旋轉(zhuǎn)速度、攪拌頭形狀、下壓量等，這些參數(shù)都會影響焊接質(zhì)量，因此需要首先對相關(guān)焊接過程參數(shù)進(jìn)行檢測[7—11]，然后分析這些參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響。眾多研究集中于焊接參數(shù)特征及相互關(guān)系、產(chǎn)熱機(jī)制及其模型、焊接參數(shù)對焊縫的微觀組織影響、接觸界面摩擦行為、焊縫動態(tài)再結(jié)晶行為等方面，這些研究為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊接自動化提供了豐厚的基礎(chǔ);然而如要實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊接自動控制，還需要從控制的角度開展更多的研究，從而促使這一復(fù)合交叉領(lǐng)域取得進(jìn)一步發(fā)展。文中則從主要參數(shù)檢測與分析、控制模型、控制算法等角度出發(fā)，力圖綜述焊接過程參數(shù)測控技術(shù)研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢，為攪拌摩擦焊接技術(shù)的應(yīng)用研究提供一個新的視角。

1 攪拌摩擦焊接過程參數(shù)檢測與分析

常見的攪拌摩擦焊接過程參數(shù)有:旋轉(zhuǎn)速度、焊接速度、下壓量、焊接扭矩、前進(jìn)阻力、焊接區(qū)域溫度。對于常規(guī)FSW來說，還要考慮攪拌頭的下壓量、軸向壓力;對于雙軸肩攪拌摩擦焊接來說，上下軸肩間距、攪拌針?biāo)惺芾σ脖仨氁右钥紤]。上述的過程參數(shù)中，通過安裝相應(yīng)傳感器，旋轉(zhuǎn)速度、焊接速度、焊接扭矩容易被檢測、顯示和記錄，然而焊接區(qū)域溫度、攪拌頭受力(軸向壓力、攪拌針軸向拉力、前進(jìn)阻力)的檢測過程較為復(fù)雜。

1.1 焊接區(qū)域溫度檢測與分析

1.1.1 溫度檢測方法

非接觸式表面溫度檢測是常用的方法之一，如紅外測溫[12]，利用被測物體的熱輻射，按照被測工件的亮度或輻射能量的大小，從而間接地推算出被測物體的溫度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測溫過程對工件沒有影響，但也具有準(zhǔn)確性不高、難以測得工件內(nèi)部溫度的缺點(diǎn)。

接觸式溫度檢測方式可用于材料表面或內(nèi)部溫度檢測。焊接區(qū)域溫度呈現(xiàn)非對稱特征，一般通過選取特征點(diǎn)的方法，在工件表面或內(nèi)部埋入熱電偶進(jìn)行實(shí)際溫度測量，這種測量方法簡單可靠，但是需要在試板上開孔，這會影響試板的實(shí)際溫度場，帶來一定的測量誤差;此外，溫度是大慣量信號，熱電偶所反映試板上的實(shí)際溫度，存在著一定的滯后時間。

此外，檢測攪拌頭溫度或攪拌頭/工件接觸面的溫度時，可采用埋放熱電偶的方式進(jìn)行檢測，為了解決攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)帶來的連線問題，可采用無線技術(shù)解決溫度信號的傳輸問題[13]。以雙軸肩攪拌摩擦焊接為例，檢測攪拌頭溫度或攪拌頭/工件接觸面溫度的方法如圖1所示，在攪拌頭側(cè)面開設(shè)小通孔，用于安裝熱電偶，熱電偶的信號經(jīng)過AD采集、無線收發(fā)電路后，最后進(jìn)入控制器。這種無線傳輸?shù)姆椒ㄟ€可以用于焊接扭矩、軸向力的檢測中。

圖1 攪拌頭溫度檢測與傳輸裝置結(jié)構(gòu)Fig.1 Stir-welding head temperature detection and transmission device structure

1.1.2 溫度的影響因素

FSW過程是一個熱-流-力耦合的復(fù)雜固相焊接過程，包括溫度瞬態(tài)變化、材料軟化塑性流動、動態(tài)再結(jié)晶、應(yīng)力應(yīng)變耦合，因此其產(chǎn)熱機(jī)制較為復(fù)雜。焊接熱量來源主要有:(1)攪拌頭與工件之間的摩擦力做功轉(zhuǎn)化的熱量;(2)被焊部位強(qiáng)烈的塑性變形。對攪拌摩擦焊溫度場的分析是深入研究各種工藝參數(shù)、焊接缺陷、組織結(jié)構(gòu)和組織性能的前提[14]。研究發(fā)現(xiàn)，在一定的焊接速度條件下，隨著旋轉(zhuǎn)速度的提高，攪拌頭最高溫度升高而扭矩降低，且采用螺紋形攪拌針時試板的溫度低于采用圓柱形攪拌針時的溫度[15]。Friggrd等人認(rèn)為塑性變形產(chǎn)熱是主要的產(chǎn)熱形式[16]，但攪拌針的產(chǎn)熱比例也能達(dá)到 20%[17]。

1.2 攪拌頭受力檢測與分析

1.2.1 檢測方法

與攪拌頭受力相關(guān)參數(shù)有軸向力、前進(jìn)阻力、扭矩等，國內(nèi)外對攪拌摩擦焊接過程中攪拌頭的受力情況展開了積極探索，但一直以來，攪拌頭的受力檢測沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和方法。

從檢測的手段來看，可分為間接法和直接法。間接法通過檢測其他相關(guān)物理量來獲取受力信號。如可通過監(jiān)控攪拌摩擦焊機(jī)裝備的伺服電機(jī)的扭矩輸出和主軸電機(jī)電流，間接測出扭矩、前進(jìn)力和軸向力[18]。

直接法就是在焊機(jī)相應(yīng)位置安裝測力傳感器，通過傳感器的輸出來獲取受力信號，但需要較高的成本?？蓪毫鞲衅髦糜诹W(xué)信號測量裝置上，通過JW5200型數(shù)據(jù)采集儀采集傳感器輸出的電壓信號，并直接得出電壓-時間圖像[19];亦或?qū)X板置于銑床工作臺上平口鉗的鉗口間，使它處于能縱向自由竄動，但不能橫向移動的狀況，底面和側(cè)面涂上石墨粉，以盡量減小鋁板底面與墊板和側(cè)面與鉗口之間的摩擦，同時用攪拌針前進(jìn)阻力動態(tài)測定裝置、壓力傳感器(L6D)和函數(shù)記錄儀測量和記錄攪拌針前進(jìn)阻力Fr[20]。

1.2.2 影響攪拌頭受力的因素

攪拌頭與被焊板材之間作用力通過產(chǎn)熱與塑性金屬流動兩個方面影響整個焊接過程，焊接速度一定時，攪拌頭與被焊金屬之間作用力隨轉(zhuǎn)速提高而減小，而轉(zhuǎn)速一定時作用力隨焊速增大而增大[21];焊接速度的影響可忽略不計時，扭矩隨轉(zhuǎn)速增大而減小;前進(jìn)阻力大小與焊接速度成正比，即焊接速度越高，前進(jìn)力越大，但軸向力顯著大于前進(jìn)力[18]。對于傳統(tǒng)的單軸肩攪拌摩擦焊接來說，插入階段工藝參數(shù)對軸向力及扭矩也有一定影響，插入階段最大軸向力和最大扭矩幾乎同時出現(xiàn)在插入的尾段，若轉(zhuǎn)速不變、減小插入速度，或保證插入速度不變、增加轉(zhuǎn)速，都可以降低最大軸向力和最大扭矩[22]。旋轉(zhuǎn)速度相同、下壓量不同時，攪拌頭扭矩隨下壓作用力增大而增大，而下壓量相同、旋轉(zhuǎn)速度不同時，攪拌頭扭矩隨旋轉(zhuǎn)速度升高而減小，其中旋轉(zhuǎn)速度通過溫度和材料的應(yīng)變速率兩個途徑對攪拌頭扭矩產(chǎn)生影響，而溫度的影響作用更顯著[23]。

2 FSW過程控制研究

由上文分析可知，影響攪拌摩擦焊接質(zhì)量的參數(shù)較多，包括攪拌頭的外形及所承受的力(包括軸向力、前進(jìn)阻力、側(cè)向力、扭矩)、壓入深度、焊接速度、旋轉(zhuǎn)速度等，僅僅依靠類似于數(shù)控機(jī)床的功能是不能實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊接自動化的。在攪拌頭外形確定的條件下，一般選擇可控且易于操作的參數(shù)進(jìn)行分析。圍繞壓入深度、攪拌頭受力、焊接區(qū)域溫度進(jìn)行焊接過程控制是研究重點(diǎn)。

2.1 焊接區(qū)域溫度控制

2.1.1 離線溫度控制方式

離線溫度控制方式則通過數(shù)值模擬揭示FSW焊接區(qū)域溫度變化規(guī)律。數(shù)值模擬研究主要集中在熱-力-流耦合，或者是其中兩個耦合。通?；诩羟惺綆靷惤佑|產(chǎn)熱模型[24]，通過不同的接觸形式(粘性接觸、滑動接觸、部分粘性/滑動接觸)來確定產(chǎn)熱模型。近年來，人們已經(jīng)建立了完全的熱-流-力耦合模型，不僅加入了隨溫度變化的摩擦因數(shù)，還能建立不同階段的焊縫狀態(tài)，不僅能夠仿真出焊接過程缺陷，甚至還能仿真出飛邊。通過熱力耦合有限元仿真，可以揭示焊接溫度場的分布特征[25—26]，獲取焊接過程的瞬態(tài)溫度，分析焊接區(qū)域內(nèi)部位于攪拌頭后方的塑性流動區(qū)域，通過熱應(yīng)力來預(yù)測冷卻后的殘余應(yīng)力[27]。相關(guān)研究表明，常規(guī)FSW焊縫的溫度場梯度呈現(xiàn)上密下疏、前密后疏的分布狀態(tài)，前進(jìn)側(cè)溫度梯度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后退側(cè)[28]，后退側(cè)溫度比前進(jìn)側(cè)溫度高[29—30]。對雙軸肩攪拌摩擦焊接溫度場的研究表明，溫度場橫截面云圖成“啞鈴形狀”，與金相輪廓線吻合，且出現(xiàn)2個高溫區(qū)，分別位于上軸肩和下軸肩[31]。

通過上述數(shù)值模擬方式，可以獲取焊接工藝窗口或攪拌頭設(shè)計要求，再用于指導(dǎo)實(shí)踐，但這種方式周期較長，難以在線反饋控制焊接溫度。

2.1.2 在線溫度控制方式

為了研究工具/工件接觸面溫度對焊接質(zhì)量的影響，F(xiàn)ehrenbacher建立了一個溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)[32]，通過改變壓入深度、旋轉(zhuǎn)速度、焊接速度來調(diào)節(jié)溫度[33]。在溫度控制過程中，關(guān)鍵環(huán)節(jié)是建立過程模型，建立模型的一般方法有時域響應(yīng)法和頻域響應(yīng)法。時域響應(yīng)法包括脈沖輸入響應(yīng)法和階躍輸入響應(yīng)法，這兩個方法比較形象，易于理解，能夠利用已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，但是當(dāng)系統(tǒng)中環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)不可列寫或系統(tǒng)中含有延遲環(huán)節(jié)時，這種方法誤差較大;頻域響應(yīng)法則需要對系統(tǒng)輸入一定頻率范圍的參考信號，從而根據(jù)系統(tǒng)的輸出建立bode圖和相頻圖，在此基礎(chǔ)上估計系統(tǒng)的過程模型。焊接區(qū)域溫度是典型的慣性變量，因此采用頻域響應(yīng)法建模。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，溫度的響應(yīng)頻率與旋轉(zhuǎn)頻率是一致的[13]。在建立了控制模型后，就可以對其進(jìn)行控制，控制器甚至可采用簡單的積分、比例積分環(huán)節(jié)。

2.2 攪拌頭受力控制

2.2.1 攪拌頭軸向受力控制

軸向力控制能夠較好地適應(yīng)工件表面不平整的情況[34]，在焊接機(jī)械系統(tǒng)剛度欠佳時，甚至可以避免攪拌針斷裂、焊機(jī)被破壞等問題。在攪拌摩擦點(diǎn)焊場合，軸向力控制可以使兩工件可靠地貼在一起。由于攪拌摩擦焊接機(jī)器人對機(jī)械臂的載荷能力要求較高，一般要求達(dá)到500 kg，如果機(jī)械臂剛度不足，關(guān)節(jié)會出現(xiàn)彎曲或變形，從而導(dǎo)致攪拌頭偏離焊縫中心或者壓入深度的檢測失真，此時控制軸向力是必要的[35]。

由于工件材料的剛度隨著溫度變化而變化，軸向力與壓入深度是非線性關(guān)系;此外旋轉(zhuǎn)速度、焊接速度也會影響軸向力大小。焊接時需保持軸肩的部分高于工件表面，因?yàn)橐坏┹S肩陷進(jìn)工件，軸肩與工件表面完全接觸，從而失去了調(diào)節(jié)余度[36]，嚴(yán)重時引起飛邊缺陷。從這一角度來看，增大傾角有助于增大壓入深度調(diào)節(jié)范圍，提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性[37]。針對攪拌頭快速插入工件產(chǎn)生的較大軸向力峰值，可以采用攪拌頭回抽或提高攪拌頭光滑程度來降低扭矩尖峰。

合適的軸向力也能使焊縫獲得細(xì)晶組織[38—39]，焊接速度-軸向力[40]的單入單出模型，采用PID算法初步實(shí)現(xiàn)了軸向力控制，但下壓深度一定時軸向力易產(chǎn)生振蕩，如果只控制軸向力大小而不對下壓深度進(jìn)行控制，又易導(dǎo)致焊縫表面飛邊缺陷。Davis先后采用自適應(yīng)魯棒控制方法[41]和模糊控制算法[42]控制FSW軸向力，但是所建立的動態(tài)組合模型通用性差。

2.2.2 扭矩控制

扭矩控制是一種低成本控制方式，與壓力控制相比較，適用于溫度范圍較大的焊接過程，具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性[43]。扭矩與剪切流變應(yīng)力之間關(guān)系[44]，如公式(1)所示。

式中:T為扭矩;R為軸肩半徑;r為攪拌針半徑;σ為剪切流變應(yīng)力。

某些學(xué)者認(rèn)為焊接扭矩是壓入深度的函數(shù)[34]，因此通過調(diào)節(jié)攪拌頭壓入深度來控制焊接扭矩。為了簡化檢測過程，另有研究者采樣電機(jī)電流來間接采樣焊接扭矩[18]。

通過Ziegler-Nichols參數(shù)整定方法，William等人設(shè)計了FSW下壓深度-扭矩PID控制器[45]，但是這種控制器依賴于特定焊接工具和焊接參數(shù)范圍，需要建立被控參數(shù)-可變參數(shù)之間傳遞函數(shù)，這對于非線性特性明顯的FSW焊接來說，精確建模的難度較大，因此自適應(yīng)控制方法被應(yīng)用于扭矩控制[46]，如圖2所示。圖2中，根據(jù)攪拌針磨損狀態(tài)，不斷改變壓入深度，從而自適應(yīng)控制焊接扭矩。自適應(yīng)控制一定程度上解決了精確建模的困難，但對控制率和系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計要求較高，因此除了進(jìn)一步探討FSW機(jī)理，還需要依靠全面的焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫，建立完善的系統(tǒng)過程模型。

圖2 自適應(yīng)控制框圖Fig.2 Adaptive control block diagram

2.2.3 攪拌摩擦焊縫跟蹤研究

在對接或T形焊接中，攪拌摩擦頭對準(zhǔn)焊縫中心是非常重要的，而離線編程的虛擬與真實(shí)環(huán)境之間往往存在偏差，因此采用合適的規(guī)劃路徑技術(shù)或焊縫跟蹤技術(shù)是必要的;但是，剛性較差的焊接系統(tǒng)可能導(dǎo)致偏離規(guī)劃路徑[47—48]越來越大。針對這一問題，可以采用與規(guī)劃路徑偏差相關(guān)的信號實(shí)時監(jiān)測[49—50]和采用視覺跟蹤系統(tǒng)來解決。

激光位移傳感器、視覺糾偏是常用的焊縫跟蹤手段[48，51]，在焊接過程中利用計算機(jī)控制算法和圖像邊緣檢測算法相結(jié)合的方法，可以修正焊縫中心與攪拌頭的相對位置。跟蹤難度較大的是T形接頭，F(xiàn)leming等人[50，52]對 T型 FSW 接頭進(jìn)行研究時，增加了攪拌頭在直線焊縫中心兩側(cè)往復(fù)偏移運(yùn)動(如圖3所示)后，實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)攪拌針在焊縫中心時，軸向力出現(xiàn)極大值，偏離焊縫中心后將會降低，同時此舉不但沒有降低焊接質(zhì)量，反而比直線焊接方式提高了拉伸強(qiáng)度近11.5%;對搭接 FSW 焊縫跟蹤研究時[53]，在焊縫中心處軸向力也出現(xiàn)了極大值;此外研究表明，沿著搭接工件方向作幾何函數(shù)(正弦或余弦函數(shù))軌跡的FSW焊接，連接強(qiáng)度比平直焊縫強(qiáng)度增加25%以上[54]。Yu Yang等人[55]在垂直于 FSW 直線對接焊縫方向上設(shè)置了寬度不同的間隙，實(shí)驗(yàn)顯示攪拌針在接近間隙時軸向力最小(如圖4所示)，但間隙很小時軸向力的振蕩會淹沒極值特征。

圖3 攪拌頭頭偏移示意圖Fig.3 Offset schematic diagram of friction stir tool

圖4 攪拌頭偏移時軸向力大小Fig.4 The axial force value

2.3 壓入深度控制

壓入深度控制與攪拌頭軸向位置控制在實(shí)際意義上是等同的，這種方法適合于高剛度焊接系統(tǒng)，焊接工件必須可靠地固定在工作臺上，但工件表面不平整時，該方式實(shí)施難度較大。攪拌頭壓入深度、壓入速度、旋轉(zhuǎn)速度、焊接速度均會影響軸向力大小[56]，在這種控制方式下，當(dāng)攪拌頭壓入深度過大時，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，同時產(chǎn)生焊接缺陷[57]，壓入速度過快也會導(dǎo)致軸向力峰值增大，降低焊接過程穩(wěn)定性[58]，控制的難度在于保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和表面成形。

3 結(jié)論與展望

當(dāng)前攪拌摩擦焊接過程參數(shù)檢測技術(shù)已日趨成熟，這為進(jìn)一步研究各過程參數(shù)之間關(guān)系、揭示攪拌摩擦焊接機(jī)理提供了條件;圍繞主要過程參數(shù)控制的研究已經(jīng)展開，在焊接區(qū)域溫度控制、軸向力控制、壓入深度控制、攪拌摩擦焊縫跟蹤等方面均取得了一定的進(jìn)展。當(dāng)前采用的多為單入單出的模型，即以某一參數(shù)為主要輸入，一個參數(shù)為主要輸出，忽略其他參數(shù)的影響，這限制了控制器的適用范圍和效果。

未來的研究內(nèi)容仍應(yīng)該加強(qiáng)各參數(shù)之間關(guān)系，全面考量各參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響，建立完善的焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步揭示攪拌摩擦焊接機(jī)理;在這個基礎(chǔ)上，建立綜合多參數(shù)的多入多出的狀態(tài)空間模型，基于現(xiàn)代控制理論進(jìn)行系統(tǒng)控制率和穩(wěn)定性設(shè)計方法，重點(diǎn)解決智能算法(模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、預(yù)測算法等)的實(shí)時性和穩(wěn)定性，最終實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊接過程的自動化和智能化。

[1]李敬勇，劉濤，郭宇文.攪拌摩擦加工鋁基復(fù)合材料的高溫摩擦磨損性能[J].材料工程，2015，43(6):21—25.LI Jing-yong，LIU Tao，GUO Yu-wen.High-Temperature Friction and Wear Properties of Friction Stir Processed Aluminum Matrix Composites[J].Journal of Materials Engineering，2015，43(6):21—25.

[2]肖仕琪.鋼的輔助加熱攪拌摩擦焊接工藝研究[D].長沙:湖南大學(xué)，2015.XIAO Shi-qi.Study on Welding Process of Flame Heated Friction Stir Welding of Steel[D].Changsha:Hunan University，2015.

[3]欒國紅，關(guān)橋.高效、固相焊接新技術(shù)——攪拌摩擦焊[J].電焊機(jī)，2005，35(9):8—13.LUAN Guo-hong，GUAN Qiao.High-Effective，Solid-Phase New Welding Technology:FSW[J].Electric Welding Machine，2005，35(9):8—13.

[4]黃春平，柯黎明，邢麗，等.攪拌摩擦加工研究進(jìn)展及前景展望[J].稀有金屬材料與工程，2011，40(1):183—188.HUANG Chun-ping，KE Li-ming，XING Li，et al.Research Progress and Prospect of Friction Stir Processing[J].Rare Metal Materials and Engineering，2011，40(1):183—188.

[5]傅田，李文亞，楊夏煒，等.攪拌摩擦點(diǎn)焊及其研究現(xiàn)狀[J].材料工程，2015，43(4):102—114.FU Tian，LI Wen-ya，YANG Xia-wei，et al.State-of-The-Art of Friction Stir Spot Welding[J].Journal of Materials Engineering，2015，43(4):102—114.

[6]劉杰，鄧鋼，韓鳳武，等.雙軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)在鋁合金車體制造中的應(yīng)用發(fā)展[J].焊接，2015(1):17—20.LIU Jie，DENG Gang，HAN Feng-wu，et al.Development and Application of Bobbin Tool Friction Stir Welding to Manufacturing of Aluminum Alloy Train Body[J].Welding＆Joining，2015(1):17—20.

[7]MITCHEL J E.The Experimental Thermo-Mechanics of Friction Stir Welding[D].Vanderbilt University，2002.

[8]BLIGNAULT C，HATTINGH D G，KRUGER G H，et al.Friction Stir Weld Process Evaluation by Multi-Axial Transducer[J].Measurement，2007，41:32—43.

[9]GIBSON B T.Custom Low-Cost Force Measurement Methods in Friction Stir Welding[D].Vanderbilt University，2011.

[10]GIBSON B T，COX C D，LONGHURST W R，et al.Exploiting Robotic Link Deflection for Low-Cost Force Measurement in Manufacturing[J].Measurement，2012，45(1):140—143.

[11]GIBSON B T，COX C D，AGUILAR J R，et al.Low-Costwireless Force Sensor Design with Applications in Friction Stir Welding[C].In:9th International Trends in Welding Research Conference，2012.

[12]甘雨凡，李京龍，熊江濤，等.利用紅外熱成像技術(shù)分析攪拌摩擦焊隧道型孔洞形成機(jī)制[J].電焊機(jī)，2012，42(1):22—25.GAN Yu-fan，LI Jing-long，XIONG Jiang-tao，et al.Analysis of Tunnel Defect Formation Procedure by Using Infrared Thermography[J].Electric Welding Machine，2012，42(1):22—25.

[13]FEHRENBACHER A，DUFFIE N A，F(xiàn)ERRIER N J，et al.Effects of Tool-Workpiece Interface Temperature on Weld Quality and Quality Improvements through Temperature Control in Friction Stir Welding[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2014，71(1—4):165—179.

[14]DAWES C J，THOMAS W M.Friction Stir Process Welds Alalloys[J].Welding Journal，1996，75(3):41—45.

[15]趙陽陽.鋁合金攪拌摩擦焊焊接熱過程研究[D].鎮(zhèn)江:江蘇科技大學(xué)，2013.ZHAO Yang-yang.The Research of Aluminum Alloy Friction Stir Welding Thermal Action[D].Zhenjiang:Jiangsu University of Science and Technology，2013.

[16]FRIGAARD Φ，GRONG Φ，MIDLING O T.A Process Model for Friction Stir Welding of Age Hardening Aluminum Alloys[J].Metallurgical and Materials Transactions A，2001，32(5):1189—1200.

[17]MAHONY M W，F(xiàn)LINTOFF C G.Properties of Stir Welded 7075-T651 Aluminum[J].Metallurgical and Materials Transactions，2004，29(7):1073—1083.

[18]SU H，WU C S，PITTNER A，et al.Simultaneous Measurement of Tool Torque，Traverse Force and Axial Force in Friction Stir Welding[J].Journal of Manufacturing Processes，2013，15(4):495—500.

[19]王希靖，韓道彬，張忠科.攪拌摩擦焊過程中下壓力的檢測及影響因素[J].焊接，2008(9):22—25.WANG Xi-jing，HAN Dao-bin，ZHANG Zhong-ke.Measurements and Influencing Factors of Longitudinal Force of Pin Tools in Friction Stir Welding Process[J].Welding ＆ Joining，2008(9):22—25.

[20]胡波，胡禮木.攪拌針前進(jìn)阻力的動態(tài)測量與分析[J].焊接，2008(11):37—40.HU Bo，HU Li-mu.Dynamic Measurement and Analyses on Forward Resistance of Pin in Friction Stir Welding[J].Welding ＆ Joining，2008(11):37—40.

[21]王希靖，李晶，達(dá)朝炳，等.FSW中攪拌針作用力及其影響的研究[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報，2006，32(1):12—14.WANG Xi-jing，LI Jing，DA Chao-bing，et al.Investigation of Acting Force of Stirring Pin in FSW and Its Effect[J].Journal of Lanzhou University of Technology，2006，32(1):12—14.

[22]曹麗杰，潘榮秀，鄭鐘盛.鋁合金攪拌摩擦焊插入工藝參數(shù)對軸向力和扭矩的影響[J].輕合金加工技術(shù)，2011，39(10):55—62.CAO Li-jie，PAN Rong-xiu，ZHENG Zhong-sheng.Effect of Inserting Process Parameters on Axial Force and Torque Occurred During FSW of Aluminum Alloy[J].Light Alloy Fabrication Technology，2011，39(10):55—62.

[23]鄢東洋，史清宇，吳愛萍，等.攪拌摩擦焊中工藝參數(shù)對扭矩的影響[J].焊接學(xué)報，2010，31(12):13—16.YAN Dong-yang，SHI Qing-yu，WU Ai-ping，et al.Effect of Process Parameters on Torque in Friction Stir Welding[J].Transaction of the China Welding Institution，2010，31(12):13—16.

[24]SCHMIDT H，HAREL J，WEFT J.An Analytical Model for the Heat Generation in Friction Stir Welding[J].Modelling Simul Mater Sci Eng，2004(12):143—157.

[25]郭曉娟.攪拌摩擦焊中熱過程數(shù)值模擬分析[D].天津:天津大學(xué)，2007:30—65.GUO Xiao-juan.The Numerical Simulation Analysis of Thermal Processes in Friction Stir Welding[D].Tianjin:Tianjin University，2007:30—65.

[26]鄢東洋，史清宇，吳愛萍，等.攪拌摩擦焊接的熱力耦合分析模型[J].機(jī)械工程學(xué)報，2010，46(16):106—112.YAN Dong-yang，SHI Qing-yu，WU Ai-ping，et al.Developmental Thermal-mechanical Coupled Analysis Model for Friction Stir Welding[J].Journal of Mechanical Engineering，2010，46(16):106—112.

[27]SOUNDARARAJAN V，ZEKOVIC S，KOVACEVIC R.Thermo-Mechanical Model with Adaptive Boundary Conditions for Friction Stir Welding of A16061[J].International Journal of Machine Tools＆Manufacture，2005，45:1577—1587.

[28]張昭，別俊.攪拌摩擦焊接過程數(shù)值仿真的完全熱力耦合模型[J].中國機(jī)械工程，2008，19(10):1240—1244.ZHANG Zhao，BIE Jun.Fully Coupled Thermo-Mechanical Model for Numerical Simulation of Friction Stir Welding Process[J].China Mechanical Engineering，2008，19(10):1240—1244.

[29]SELVAMANI S T，UMANATH K，PALANIKUMAR K.Heat Transfer Analysis during Friction Stir Weld-Hag of A16061-T6 Alloy[J].International Journal of Engineering Research and Applications，2012，1(4):1453—1460.

[30]杜巖峰，白景彬，田志杰，等.2219鋁合金攪拌摩擦焊溫度場的三維實(shí)體耦合數(shù)值模擬[J].焊接學(xué)報，2014，35(8):57—70.DU Yan-feng，BAI Jing-bin，TIAN Zhi-jie，et al.Investigation on Three-Dimensional Real Coupling Numerical Simulation of Temperature Field of Friction Stir Welding of 2219 Aluminum Alloy[J].Transaction of The China Welding Institution，2014，35(8):57—70.

[31]蘇斌.6061-T4鋁合金板雙軸肩攪拌摩擦焊研究[D].長沙:中南大學(xué)，2013.SU Bin.Bobbin Tool Friction Stir Welding of 6061-T4 Aluminum Alloy Plate Research[D].Changsha:Central South University，2013.

[32]FEHRENBACHER A，COLE E G，ZINN M R，et al.Towards Process Control of Friction Stir Welding for Different Aluminum Alloys[C].In Friction Stir Welding and Processing VI，TMS 2011 Annual Meeting and Exhibition，San Diego，CA，United States，2011:381—388.

[33]FEHRENBACHER A，DUFFIE N A，F(xiàn)ERRIER N J，et al.Toward Automation of Friction Stir Welding through Temperature Measurement and Closed-Loop Control[J].J Manuf Sci Eng，2011，133(5):8—20.

[34]SMITH C.Robots and Machines for Friction Stir Welding/Processing，F(xiàn)riction Stir Welding and Processing[J].ASM International，2007，11:219—233.

[35]TALAWAR R，BOLSER D，LEDERICH R，et al.Friction Stir Welding of Airframe Structures[C].In:Proceedings of the 2nd International Symposium on Friction Stir Welding，TWI，2000.

[36]SMITH C.Robotic Friction Stir Welding Using a Standard Industrial Robot[J].In:Proceedings of The 2nd International Symposium on Friction Stir Welding，TWI，2000.

[37]LONGHURST W R，STRAUSS A M，COOK G E.Identification of The Key Enablers for Force Control of Robotic Friction Stir Welding[J].American Society of Mechanical Engineers Journal of Manufacturing Science and Engineering，2011，133(3):8—27.

[38]RAZAL ROSE A，MANISEKAR K，BALASUBRAMANIAN V.Effect of Axial Force on Microstructure and Tensile Properties of Friction Stir Welded AZ61A Magnesium Alloy[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2011，21(5):974—984.

[39]THOMAS W M，WIESNER C S，MARKS D J，et al.Conventional and Bobbin Friction Stir Welding of 12%Chromium Ally Steel Using Composite Refractory Tool Materials[J].Science and Technology of Welding and Joining，2009，14(3):247—253.

[40]WILLIAM R L，ALVIN M S，GEORGE E C.Enabling Automation of Friction Stir Welding:The Modulation of Weld Seam Input Energy by Traverse Speed Force Control[J].Journal of Dynamic Systems，Measurement，and Control，2010，132(4):1—11.

[41]DAVIS，TYLER A，SHIN，et al.Observer-Based Adaptive Robust Control of Friction Stir Welding Axial Force[J].IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，2010，16(6):1032—1039.

[42]DAVIS，TYLER A，NGO，et al.Multi-Level Fuzzy Control of Friction Stir Welding Power[J].International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2011:1—9.

[43]WILLIAM R L，ALVIN M S，GEORGE E C，et al.Torque Control of Friction Stir Welding for Manufacturing and Automation[J].Int J Adv Manuf Technol，2010，51(9—12):905—913.

[44]NUNES A C，BERNSTEIN E I，MCCLURE J C.A Rotating Plug Model for Friction Stir Welding[C].In:Proceedings of The 81st American Welding Society Convention，2000.

[45]GIBSON B，COOK G，PRATER T，et al.Adaptive Torque Control of Friction Stir Welding for the Purpose of Estimating Tool Wear[J].EN，2011，225(8).

[46]SMITH C B，SCHROEDER K，F(xiàn)EHRENBACHER A.An Automated Path Planning and Programming System with Real-Time Adaptive Control for Friction Stir Processing of Cast Surfaces[C].In:Proceedings of The 9th International Symposium on Friction Stir Welding，TWI，2012.

[47]DE BACKER J，CHRISTIANSSON A K，OQUEKA J，et al.Investigation of Path Compensation Methods for Robotic Friction Stir Welding[J].Industrial Robot:An International Journal，2012，39(6):601—608.

[48]SORON M，De BACKER J，CHRISTIANSSON A K，et al.A Local Model for Online Path Corrections in Friction Stir Welding[C].Friction Stir Welding and Processing Conference，2010.

[49]FLEMING P A，LAMMLEIN D H，WILKES D M，et al.Misalignment Detection and Enabling of Seam Tracking for Friction Stir Welding[J].Science and Technology of Welding and Joining，2009，14(1):93—96.

[50]CHRISTNER B，HANSEN M，SKINNER M.Friction Stir Welding System Development for Thin Gauge Aerospace Structures[C].In:Proceedings of the 4th International Symposium on Friction Stir Welding，TWI，2003.

[51]FLEMING P A，HENDRICKS，CHRISTOPHER E，et al.Automatic Seam-Tracking of Friction Stir Welded T-Joints[J].Int J Adv Manuf Technol，2009，45:490—495.

[52]FLEMING P A，HENDRICKS，CHRISTOPHER E，et al.Seam-Tracking for Friction Stir Welded Lap Joints[J].Journal of Materials Engineering and Performance，2010，19(8):1128—1132.

[53]欒國紅.飛機(jī)制造中的攪拌摩擦焊技術(shù)及其發(fā)展[J].航空制造技術(shù)，2009(20):26—32.LUAN Guo-hong.Fricition Stir Welding Technology and Its Development in Manufacturing of Aircraft[J].Aeronautical Manufacturing Technology，2009(20):26—32.

[54]YANG Yu，KALYA，PRABHANJANA，et al.Automatic Gap Detection in Friction Stir Butt Welding Operations[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture，2008，48(10):1161—1169.

[55]LONGHURST W R，STRAUSS A M，COOK G E，et al.Investigation of Force Controlled Friction Stir Welding for Manufacturing and Automation.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part B[J].Journal of Engineering Manufacture，2010，224(6):937—949.

[56]COOK G E，SMARTT H，MITCHELL J，et al.Controlling Robotic Friction Stir Welding[J].Welding Journal，2003，82:28—34.