關(guān)于鋁合金薄板高速攪拌摩擦焊接攪拌頭的新型設(shè)計(jì)

劉柏韜, 顧 彬, 余海東

(上海交通大學(xué) 上海市復(fù)雜薄板結(jié)構(gòu)數(shù)字化制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200240,E-mail:hdyu@sjtu.edu.cn)

電芯制造質(zhì)量控制是新能源汽車服役的關(guān)鍵,激光焊接工藝具有焊接速度快的優(yōu)點(diǎn),在電芯結(jié)構(gòu)連接中使用廣泛,但該工藝易造成電芯內(nèi)部缺陷。攪拌摩擦焊接是一種適用于輕質(zhì)合金新型固相連接技術(shù),在電芯制造中具有廣泛的應(yīng)用前景。電動(dòng)車電芯的高節(jié)拍制造對焊接速度提出了很高的要求,攪拌摩擦焊是通過攪拌針高速旋轉(zhuǎn)和軸肩下壓共同作用約束材料流動(dòng)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量焊接,高焊速下材料流動(dòng)特性與攪拌頭的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。因此,研究高速攪拌摩擦焊接的攪拌頭設(shè)計(jì),進(jìn)行攪拌頭的幾何參數(shù)最優(yōu)化設(shè)計(jì),對于高速攪拌摩擦焊接工藝在工業(yè)生產(chǎn)中批量化快速制造的應(yīng)用具有十分重要的意義。

攪拌摩擦焊接是國內(nèi)外輕質(zhì)合金連接的重要工藝方法,其中攪拌頭的尺寸設(shè)計(jì)一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題。攪拌摩擦焊攪拌頭主要分為壓在工件上方的軸肩部分和插入工件內(nèi)部的攪拌針[1]。國內(nèi)外學(xué)者對攪拌頭的形態(tài)和特征開展了大量的工作。李龍飛等[2-3]對攪拌頭軸向尺寸進(jìn)行研究,結(jié)果表明軸肩最佳半徑的尺寸與焊接板厚呈線性關(guān)系,攪拌針直徑最佳參數(shù)多出現(xiàn)于軸肩直徑1/3處。夏盼盼等[4]通過研究軸肩面不同角度,發(fā)現(xiàn)凹軸肩攪拌頭形狀對材料有聚集和鍛壓的作用,但需要后傾一定角度避免孔洞缺陷,一般為2.5°-3°。攪拌針的研究主要集中于攪拌針形態(tài)和紋路方面,主要針對流變特性設(shè)計(jì)特種攪拌針[5-6]。為了適用于不同的工業(yè)應(yīng)用場景,許多特殊結(jié)構(gòu)攪拌頭被開發(fā)出來。例如,靜軸肩攪拌頭能夠提高焊縫在縱向上的一致性,無針攪拌頭在焊接薄壁結(jié)構(gòu)中更具優(yōu)勢,雙軸肩攪拌頭能夠減小焊接過程中結(jié)構(gòu)受力,并消除未焊透缺陷[7-9]。然而,這些攪拌頭尺寸分析結(jié)論從邏輯上均為有限個(gè)數(shù)模型選優(yōu)結(jié)果,在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中一方面無法準(zhǔn)備描述多參數(shù)影響下焊接結(jié)果變化規(guī)律,另一方面設(shè)計(jì)出的最優(yōu)攪拌頭往往是局部最優(yōu)結(jié)果,無法實(shí)現(xiàn)最佳性能。

工業(yè)生產(chǎn)過程中對攪拌摩擦焊的要求往往傾向于薄板和高焊速場景,這對攪拌頭設(shè)計(jì)方面的尺寸精度提出了更高的要求。研究者們對常焊速到高焊速的產(chǎn)熱模型進(jìn)行了研究,研究表明金屬塑性變形產(chǎn)熱會從總產(chǎn)熱80%提高到99%,摩擦產(chǎn)熱由20%降至接近零[10-11]。姜帆等[12]針對大薄壁結(jié)構(gòu)在焊接過程中的偏差過程進(jìn)行了研究,總結(jié)了焊接過程中控制薄壁結(jié)構(gòu)變形的新方法。Liu等人[13]針對高焊速焊接過程中鋁合金晶粒變化進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)高焊速提高了單位時(shí)間熱輸入,但減小了熱輸入對金屬的影響時(shí)間,有效的抑制了晶粒的生長,尤其抑制了β″析出相的粗化和溶解。Zhang等人[14]對高焊速條件下晶粒的分布形態(tài)變化展開探索,研究表明高焊速條件下焊核區(qū)材料流動(dòng)方向會向焊接方向傾斜,同時(shí)與高焊速相匹配的高轉(zhuǎn)速會導(dǎo)致晶粒扭曲混雜加劇,加強(qiáng)焊縫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。Ni[15]在超薄板鋁合金高速焊接條件下,進(jìn)行了無針攪拌頭和有針攪拌頭的對比研究。研究表明有針攪拌頭的發(fā)熱量、峰值溫度和高溫暴露時(shí)間均高于無針,無針攪拌頭焊縫伸長率更高,但縱向差異性更大。研究者們針對高低焊速條件下的組織區(qū)域變化方面也展開了廣泛的研究,相較于常規(guī)焊速,高焊速下焊核晶粒變小,軟化區(qū)域變小[16-17],焊核區(qū)和熱影響區(qū)硬度相較于母材略下降[18]。同時(shí),王騰等[19]針對焊接過程的仿真過程進(jìn)行了優(yōu)化,使焊接過程仿真計(jì)算更為準(zhǔn)確。上述研究表明,在高焊速條件下,焊縫組織變化規(guī)律相較于低焊速會有較大的不同,同時(shí)由于熱輸入特性比例的變化,傳統(tǒng)攪拌頭的花紋特征的影響進(jìn)一步減小,攪拌頭幾何尺寸參數(shù)與塑性變形產(chǎn)熱強(qiáng)相關(guān),因此發(fā)展攪拌頭的設(shè)計(jì)方法十分重要。

針對鋁合金薄板高速攪拌摩擦焊接的攪拌頭設(shè)計(jì)的問題,本文基于鋁合金薄板在高焊速焊接條件下組織變化和流變規(guī)律特性規(guī)律,建立高速攪拌摩擦焊接攪拌頭尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)模型,提出鋁合金薄板高速攪拌摩擦焊接后焊縫質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)。分析鋁合金薄板高焊速焊接時(shí)不同工藝參數(shù)與焊縫飛邊大小、溝槽深淺及左右材料交互比例之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,基于此建立多因素耦合分析的系統(tǒng)優(yōu)化模型,得到高焊速攪拌摩擦焊接的攪拌頭尺寸最優(yōu)化參數(shù),并通過對比分析和工程驗(yàn)證證明其合理性。

1 高焊速攪拌頭參數(shù)化設(shè)計(jì)模型

1.1 高焊速攪拌頭尺寸參數(shù)表征

攪拌摩擦焊焊接過程是極復(fù)雜的力熱流運(yùn)動(dòng)過程,攪拌頭作為焊接過程中熱輸入和強(qiáng)迫流動(dòng)的執(zhí)行者,其尺寸參數(shù)對焊接結(jié)果有著至關(guān)重要的作用。高焊速條件下,攪拌過程產(chǎn)熱規(guī)律和材料受迫流動(dòng)情況發(fā)生變化,軸肩表面和軸針側(cè)面紋路強(qiáng)迫材料流動(dòng)和加強(qiáng)產(chǎn)熱能力減弱,攪拌頭形狀尺寸參數(shù)至關(guān)重要。同時(shí),在高速情況下攪拌頭熱輸入從摩擦產(chǎn)熱和塑性變形產(chǎn)熱混合作用轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄孕巫儺a(chǎn)熱占絕對優(yōu)勢,凸軸肩和平軸肩的作用下降,凹軸肩的材料聚集作用對焊接質(zhì)量的提高有著更大的作用。綜合來看,高焊速條件下,攪拌頭特性趨向于以下三點(diǎn):軸肩表面和軸針側(cè)面平整耐磨,通過粗糙程度控制摩擦系數(shù);軸肩面略內(nèi)凹以提升材料聚集能力,同時(shí)抑制飛邊和飛濺;在轉(zhuǎn)速焊速提高的條件下,攪拌頭尺寸參數(shù)微小變動(dòng)對焊接結(jié)果影響程度變大,這些變化對攪拌頭尺寸參數(shù)精細(xì)化設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

基于常速攪拌頭形貌尺寸參數(shù)特征,結(jié)合高焊速攪拌焊的焊接特性,將高焊速攪拌頭設(shè)計(jì)參數(shù)劃分為軸肩和軸針兩個(gè)部分,如圖1所示。軸肩又可為軸肩半徑、軸肩摩擦系數(shù)、軸肩內(nèi)凹角度。軸針部分可細(xì)分為軸針上端半徑、軸針下端半徑、軸針長。其中,軸肩半徑、軸肩摩擦系數(shù)主要影響攪拌頭的產(chǎn)熱;軸肩內(nèi)凹角和軸針長度主要加強(qiáng)焊接過程中材料趨向于理想方向流動(dòng);軸肩半徑、和軸針長度主要影響熱影響區(qū)范圍。上述特征決定了高焊速焊接過程中關(guān)鍵特征,對焊接質(zhì)量控制十分重要。

圖1 高焊速攪拌頭尺寸參數(shù)圖

1.2 焊后焊縫質(zhì)量參數(shù)化描述

攪拌摩擦焊接的焊縫質(zhì)量評價(jià)主要分為焊縫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和焊接缺陷兩部分。焊接缺陷參數(shù)從多方面影響著焊件的質(zhì)量和合格率,但在焊接工藝過程中缺陷難以避免,因此需要對焊接缺陷產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行研究,并根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)建立合適的缺陷容許標(biāo)準(zhǔn)。常見的焊接缺陷有飛邊、未焊透、孔洞和溝槽四種。其中飛邊和溝槽在焊接過程中難以完全消除,只能通過控制焊接參數(shù)盡量減小,也是焊接工藝參數(shù)研究的重點(diǎn)?？锥春臀春竿溉毕菰诤线m的焊接參數(shù)條件下可以完全消除,出現(xiàn)的幾率較低。

飛邊缺陷由兩種情況導(dǎo)致,壓入量過大或焊接區(qū)溫度過高,兩者均會導(dǎo)致材料從軸肩邊緣溢出形成飛邊。溝槽主要是焊接過程中半流體金屬未能及時(shí)回頭填滿攪拌頭下壓形成的空腔所致,通過較好的工藝參數(shù)匹配可以減小溝槽的深度。如圖2所示,本系統(tǒng)通過測量焊后飛邊最頂端相較金屬表面高出距離描述飛邊大小,稱為飛邊高度y1,通過測量焊后溝槽最低點(diǎn)較金屬表面低出距離描述溝槽大小,稱為溝槽深度y2。

圖2 飛邊與溝槽示意圖

在評價(jià)焊縫焊接質(zhì)量的過程中,焊縫自身的強(qiáng)度屬性也十分重要。焊縫強(qiáng)度指標(biāo)要求其有盡可能高的單位長度抗拉能力,一般采用單位長度焊縫能夠承載的最大拉力表征。對焊縫進(jìn)行單試樣切割并進(jìn)行單拉實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測定。這種方法雖然比較準(zhǔn)確,但工期長,速度慢,不適應(yīng)先定性仿真,再實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的攪拌頭設(shè)計(jì)流程。針對高焊速攪拌摩擦焊的特性,結(jié)合仿真計(jì)算結(jié)果的特性,采用交互比例y3與關(guān)鍵切面溫度場分析結(jié)合的方式進(jìn)行焊縫強(qiáng)度質(zhì)量分析。如圖3所示,通過對焊縫左側(cè)材料和右側(cè)材料在核心區(qū)相互交換的比例進(jìn)行計(jì)算體現(xiàn)焊接過程中材料受迫流動(dòng)的大小,再通過分析焊接過程中關(guān)鍵切面的溫度分布規(guī)律表征焊接過程中材料形狀變化的特點(diǎn),對交互比例這一參數(shù)化結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充,二者結(jié)合既可以描述焊縫的強(qiáng)度。

圖3 左右側(cè)材料交互比例

2 多參數(shù)高速攪拌摩擦焊攪拌頭設(shè)計(jì)

2.1 2 mm厚鋁合金薄板高速焊接模型

為了進(jìn)行鋁合金高速攪拌摩擦焊接攪拌頭結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì),建立如圖4所示平板焊接有限元仿真分析模型進(jìn)行高焊速攪拌摩擦焊接仿真計(jì)算。其中,上方①部分為空域,允許材料自由流動(dòng)但本身無材料定義,下方②③兩部分分別為焊接兩側(cè)金屬材料,中間為焊接焊縫。高速攪拌摩擦焊過程中材料特征呈現(xiàn)大變形、高應(yīng)變率、高溫環(huán)境,材料的本構(gòu)模型采用Johnson-Cook模型[20],可以寫為:

表1 焊接金屬Johnson-Cook模型參數(shù)

圖4 仿真計(jì)算模型

(1)

這里:A為初始屈服應(yīng)力,B為硬化常數(shù),C為應(yīng)變速率常數(shù),n為材料硬化指數(shù),m

為材料熱軟化指數(shù)。薄板材料分別為A356鑄鋁合金和Al6061鋁合金,其材料參數(shù)為如表1所示。

2.2 工況設(shè)計(jì)

為了比較軸肩半徑、軸肩摩擦系數(shù)、軸肩內(nèi)凹角度、軸針上端半徑、軸針下端半徑、軸針長六種參數(shù)對焊接結(jié)果的影響情況,設(shè)計(jì)了僅改變一個(gè)尺寸參數(shù)下的焊縫左右材料交互比例、飛邊尺寸和溫度影響區(qū)分布變化情況。焊接計(jì)算采用焊速為3 000 mm/min,轉(zhuǎn)速為 8 000 RPM,下壓為量0 mm。其中,標(biāo)準(zhǔn)對照組參數(shù)為2.0 mm的軸肩半徑R、10°的軸肩內(nèi)凹角度θ、0.35的軸肩摩擦系數(shù)μ、0.8 mm的軸針上半徑r1、0.5 mm的軸針下半徑r2與1.0 mm的軸針長l。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)序號1-5改變軸肩半徑R,分別為1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm、2.5 mm、3.0 mm;實(shí)驗(yàn)序號6-10僅改變軸肩內(nèi)凹角度θ,分別為6°、8°、10°、12°、14°;實(shí)驗(yàn)序號11-15僅改變軸肩摩擦系數(shù)μ,分別為0.25、0.30、0.35、0.40、0.45;實(shí)驗(yàn)序號16-20僅改變軸針上端半徑r1,分別為0.6 mm、0.7 mm、0.8 mm、0.9 mm、1.0 mm;實(shí)驗(yàn)序號21-25僅改變軸針下端半徑r2,分別為0.40 mm、0.45 mm、0.50 mm、0.55 mm、0.60 mm;實(shí)驗(yàn)序號26-30僅改變軸針長l,分別為0.6 mm、0.8 mm、1.0 mm、1.2 mm、1.4 mm。

對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用先單因素分析,再取規(guī)律不明顯的參數(shù)進(jìn)行多因素分析,尋找出最優(yōu)參數(shù)點(diǎn),并與原標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行分析比較,驗(yàn)證模型可靠性。

2.3 結(jié)果分析

首先是三種軸肩參數(shù)對焊后兩種缺陷的分析。圖5(a)反映了軸肩半徑參數(shù)每增大0.5 mm,對應(yīng)的飛邊高度、溝槽深度和交互比例的結(jié)果。由圖可知,飛邊高度、溝槽深度和交互比例總體上保持穩(wěn)定,與軸肩大小的變化呈現(xiàn)弱相關(guān)關(guān)系。圖5(b)反映了軸肩內(nèi)凹角從6°逐漸增大到14°的過程中,三種質(zhì)量分析參數(shù)均波動(dòng)上升,由于原參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)果規(guī)律不夠明顯,加入內(nèi)凹角為5°、7°、9°、11°和13°的計(jì)算案例,擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖可知,最佳內(nèi)傾角應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)在10°-12°之間,取11°是較為合適的數(shù)據(jù)。圖5(c)反映了通過改變軸肩面粗糙程度,提高軸肩摩擦系數(shù)后的計(jì)算結(jié)果,飛邊高度、溝槽深度和交互比例隨之變化的圖像。在摩擦系數(shù)變化的過程中,溝槽深度大體上保持不變,與摩擦系數(shù)保持弱相關(guān)。交互比例和飛邊大小隨著軸肩摩擦系數(shù)的增大呈現(xiàn)上升趨勢。根據(jù)軸肩參數(shù)單因素試驗(yàn)可以得到如下規(guī)律:軸肩參數(shù)對焊接過程中溝槽缺陷影響很小,可以忽略不計(jì)。飛邊高度和交互比例與軸肩半徑呈現(xiàn)弱相關(guān),在11°軸肩內(nèi)凹角處參數(shù)最優(yōu),與軸肩摩擦系數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。以上有關(guān)軸肩特性規(guī)律可以用來指導(dǎo)攪拌頭進(jìn)一步設(shè)計(jì)。

圖5 變單一軸肩參數(shù)焊接結(jié)果

其次是三種軸針參數(shù)對焊后兩種缺陷的分析。圖6(a)反映了軸針上半徑參數(shù)每增大0.1 mm,對應(yīng)的飛邊高度、溝槽深度和交互比例的結(jié)果。隨著上半徑尺寸參數(shù)變大,飛邊高度先保持平穩(wěn),隨后近似等比例下降。溝槽深度和交互比例均會隨著軸針上半徑的增大先下降后趨于平穩(wěn)?？紤]到飛邊參數(shù)控制要求和數(shù)據(jù)走勢特性,理論上的最佳軸針上半徑為1.0附近,而非常規(guī)的1/3軸肩寬度。圖6(b)反映了軸針下半徑每增加0.05 mm,飛邊參數(shù)趨于波動(dòng)上升、交互比例參數(shù)總體平穩(wěn)保持在2%附近,溝槽深度近似為0 mm,基本保持不變。

圖6 變單一軸針參數(shù)焊接結(jié)果

在軸針長研究中發(fā)現(xiàn),在0.8 mm軸針長度處,交互比例參數(shù)發(fā)生了突變,需要進(jìn)一步研究其變化規(guī)律。改變軸針長為0.7 mm和0.9 mm進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果如圖6(c)所示。由圖可知,在0.8 mm軸針長處為焊接特性轉(zhuǎn)折點(diǎn),折線變動(dòng)趨勢符合極值點(diǎn)變化特性。飛邊參數(shù)略有波動(dòng),但主要在0.4 mm附近震蕩,交互比例體現(xiàn)為快速上升,快速下降再緩緩下降。根據(jù)軸針參數(shù)單因素試驗(yàn)可以得到如下規(guī)律:軸針下半徑對焊接結(jié)果影響不大,相較于軸針上半徑變化可以忽略不急。當(dāng)軸針上半徑較小時(shí),溝槽深度變化較大,其他情況下基本保持不變。軸針長在0.8 mm處飛邊最小,溝槽略大但達(dá)到影響焊接質(zhì)量的數(shù)量級,且處于交互比例峰值,是攪拌頭設(shè)計(jì)的理想?yún)?shù)。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證以上規(guī)律在多因素耦合條件下的可靠性,采用曲面擬合進(jìn)行全局搜索尋找最優(yōu)。由于單因素分析結(jié)果可知,軸肩半徑和軸針下半徑與焊接質(zhì)量參數(shù)之間呈現(xiàn)弱相關(guān)關(guān)系,因此這兩種參數(shù)取對照組參數(shù)進(jìn)行研究。軸肩內(nèi)凹角在11°時(shí)焊接質(zhì)量評價(jià)最優(yōu),軸針長在0.8 mm處焊接質(zhì)量最優(yōu),因此這兩種參數(shù)分別取11°和0.8 mm進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對軸肩摩擦系數(shù)μ以及軸針上半徑r1兩個(gè)參數(shù)對飛邊大小y1、溝槽y2、材料左到右交換比例y3和材料右到左交換比例y4四個(gè)目標(biāo)參數(shù)的影響,設(shè)計(jì)五水平的全組合仿真試驗(yàn),并進(jìn)行曲面擬合分析。

采用雙調(diào)和樣條插值(biharmonic spline interpolation)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值,得到的各個(gè)目標(biāo)參數(shù)關(guān)于軸肩摩擦系數(shù)μ以及軸針上半徑r1的映射曲面如圖7到圖10所示。由圖可知,與單因素分析結(jié)果相一致的是,軸肩摩擦系數(shù)和軸針上半徑對焊接結(jié)果的影響沒有定性規(guī)律,但可以從圖中明顯看到相對于各結(jié)果參數(shù)的極值區(qū)域。為了找尋最佳參數(shù),對映射曲面采用粒子群算法(Particle Swarm optimization, PSO)進(jìn)行尋優(yōu),得到的優(yōu)化參數(shù)如表2所示。綜合考慮各焊接結(jié)果數(shù)據(jù)對實(shí)際需求的影響,選擇軸肩摩擦系數(shù)為0.35,軸針上半徑為0.8 mm的方案。

表2 優(yōu)化參數(shù)結(jié)果

圖7 飛邊大小映射曲面

圖8 溝槽映射曲面

圖9 左到右交互比例映射曲面

2.4 結(jié)果驗(yàn)證與比較

針對攪拌頭尺寸優(yōu)化結(jié)果,結(jié)合優(yōu)化研究時(shí)使用的標(biāo)準(zhǔn)尺寸參數(shù)數(shù)據(jù),進(jìn)行優(yōu)化結(jié)果和原參數(shù)結(jié)果在不同工藝參數(shù)條件下的焊接結(jié)果對比,表3優(yōu)化前后攪拌頭參數(shù)數(shù)據(jù),表4和表5中工藝參數(shù)變更條件下的實(shí)驗(yàn)焊速轉(zhuǎn)速參數(shù)設(shè)置。

表3 優(yōu)化前后攪拌頭參數(shù)數(shù)據(jù)

表4 焊速條件變化參數(shù)

表5 轉(zhuǎn)速條件變化參數(shù)

變工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果如圖11和圖12中所示,從圖中可以看出,優(yōu)化后飛邊大小的數(shù)值相較于優(yōu)化前有著較為明顯的減小,在高焊速和高轉(zhuǎn)速條件下有著超過20%的優(yōu)化提升,提升效果十分明顯。另一方面,隨著工藝參數(shù)的變化,未焊透和交互比例無明顯波動(dòng),工藝參數(shù)可能對這兩個(gè)參數(shù)影響較小,未焊透最大值由0.07 mm減小至0.02 mm,交互比例由5%左右提升至13%左右。在本文相關(guān)內(nèi)容研究過程中,得到了寧德時(shí)代方面電池裝配相關(guān)參數(shù)支持,并了解流水線生產(chǎn)相關(guān)需求,本文研究結(jié)果也得到了企業(yè)方面的認(rèn)可。

圖11 焊速調(diào)整下飛邊大小變化

圖12 轉(zhuǎn)速調(diào)整下飛邊大小變化

4 結(jié)論

本文針對高焊速下攪拌摩擦焊焊接特性變化,提出了一種針對高焊速攪拌頭的設(shè)計(jì)方法。通過考慮高焊速條件下焊縫處金屬的流變特性,設(shè)計(jì)了針對鋁合金薄板的高焊速攪拌摩擦焊的攪拌頭尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)方法,并以鋁合金鋁板高速攪拌摩擦焊為例開展研究,得到高焊速條件下的焊接質(zhì)量參數(shù)分析。通過多因素分析,對攪拌頭尺寸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,并得到高焊速攪拌頭尺寸參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。最后,在不同工藝參數(shù)下,對優(yōu)化前和優(yōu)化后的攪拌頭參數(shù)進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明,飛邊、未焊透深度等主要關(guān)注焊后質(zhì)量參數(shù)均有較大提升,焊接質(zhì)量提升明顯,證明了攪拌頭尺寸描述系統(tǒng)和優(yōu)化迭代方法能提高攪拌頭設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度,研究結(jié)果也得到了企業(yè)方面的認(rèn)可。