热塑性复合材料机器人顺序超声波焊接：工艺开发与测试

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多点顺序超声波焊接是纤维增强热塑性复合材料（TPC）结构的一种有前景的连接技术。现有多点顺序超声波焊接研究主要采用静态台式焊接机在试样级别进行，但要将该技术应用于大型结构，需要通过机器人平台实现工艺升级。在Smart Advanced Manufacturing（SAM|XL）自动化实验室和代尔夫特理工大学航空航天工程系，开发了机器人顺序超声波焊接系统。该系统包含配备多种传感器的焊接末端执行器（EEF），可实现在线工艺监测与控制，可安装在工业机器人臂上执行顺序多点焊接。本研究旨在评估安装在KUKA KR210 R2700 Extra 10轴工业机器人臂上的超声波焊接EEF的焊接性能，并与静态台式机生成的焊缝性能进行对比。基于前期研究确定的焊接工艺参数，在热塑性复合材料试样上进行了单点和多点焊接。分析了焊接过程中机器人和EEF的挠度，以评估机器人工艺与静态工艺的偏差。对比了两种工艺中焊接设备反馈的功率消耗和工具位移。通过单搭接剪切试验和断口形貌分析评估了焊缝质量。结果表明，所开发的机器人焊接工艺具有较好的稳健性，尽管焊接过程中存在显著的系统挠度，但仍能生成高质量的顺序焊缝。焊缝面积和焊接强度略低，可归因于系统挠度。研究结果表明，采用更高刚度的机器人平台和EEF结构将改善系统刚度和焊点定位精度，该焊接工艺在大规模工业应用中具有广阔前景。

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