[發明專利]一種用于攪拌摩擦焊接中的平面熱管裝置及其方法

有效

• 申請號: 201310555276.1
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103639587A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 蘆笙;楊代立;陳書錦;陳靜
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李曉靜

技術領域

????本發明涉及一種用于攪拌摩擦焊接中的平面熱管裝置及其方法，屬于能源動力及材料工程領域。?

背景技術

攪拌摩擦焊（Friction?Stir?Welding,?FSW）是一種新型的固相連接技術，克服了熔焊方法容易產生裂紋和氣孔等焊接缺陷的問題，使得以往難于熔焊的某些材料實現了優質的焊接，并在焊接鋁、鎂及其合金等領域具有不可替代的明顯優勢。在攪拌摩擦焊過程中，攪拌頭與被焊材料摩擦產生高溫，攪拌頭周圍材料進入熱塑化狀態，并在熱和力的作用下發生擴散與動態再結晶。然而，通常條件下，攪拌摩擦焊過程都是在空氣等介質環境下進行，環境介質熱物理性質較差，在焊接過程中難以充分吸收、散失摩擦產熱，不利于焊縫的快速冷卻和獲得均勻、較窄的焊接溫度場。同時，在焊縫兩側形成了較寬的熱影響區，極易造成焊縫組織的粗大與不均勻性，并導致較大的焊接殘余熱應力，從而降低焊縫的力學性能。目前，研究人員通過引入冷卻介質的方式來改變焊接熱循環以及溫度場分布狀況，從而達到改善攪拌摩擦焊焊縫成形、提高接頭力學性能的效果。其中，較為常見方法是采用浸入式攪拌摩擦焊（Submerged?Friction?Stir?Welding-SFSW）（專利申請號：200810209844.1、200910072037.4），該方法中整個焊接過程都是在水中完成的，利用水冷作用使焊接接頭強制冷卻。此外，有研究者采用陣列式射流沖擊熱沉系統(專利申請號200510105425.X)，對仍處于高溫狀態的焊縫進行局部冷卻，從而控制焊接應力與變形，該發明主要適用于解決攪拌摩擦焊接薄壁構件時出現的應力與變形的等問題。上述幾種冷卻方式都使焊件處于“潮濕”環境下，焊縫存在吸氫缺陷和腐蝕問題，且其設備較為復雜。?

熱管技術是20世紀60年代出現的一種傳熱新技術，其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力，主要依靠封閉在管內的工質液體反復相變(蒸發、冷凝)來進行高效傳熱，可以在無需外加動力的情況下將大量熱量通過其很小的截面積進行遠距離傳輸。熱管具有很高的導熱性、優良的等溫性、優良的熱響應性以及熱二極管與熱開關等性能，目前，在工業領域已獲得了廣泛的應用。?

目前，攪拌摩擦焊在接頭質量控制、裝置與方法等方面還存在不足，必須有效改善攪拌摩擦焊接頭熱量過于集中的問題，同時對于焊接熱源處產生的過多熱量進行有效利用。?

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種用于攪拌摩擦焊接中的平面熱管裝置及其方法，有效改善攪拌摩擦焊接頭熱量以及溫度場的不均勻分布狀況，以及針對焊接過程中的余熱進行有效利用。?

技術方案：為實現上述目的，本發明的一種用于攪拌摩擦焊接中的平面熱管裝置及其方法，在焊接過程中利用熱管優良的導熱性能實現對焊縫的散熱并將熱量及時傳輸至試板待焊部位；同時，對平面熱管的冷凝段進行水冷，提高熱管的冷卻效率。具體方案如下：?

一種用于攪拌摩擦焊接中的平面熱管裝置，包括第一平面熱管組件和第二平面熱管組件，所述第一平面熱管組件包括一對第一平面熱管，該對第一平面熱管的第一蒸發段施加在試板焊縫起始端位置兩側，該對第一平面熱管的第一冷凝段伸入至第一水槽內；所述第二平面熱管組件包括第二平面熱管，第二平面熱管的第二蒸發段緊貼于焊縫起始端上表面，第二平面熱管的第二冷凝段伸入至第二水槽內；所述第一蒸發段和第二蒸發段分別為第一平面熱管和第二平面熱管的熱量吸收端，所述第一冷凝段和第二冷凝段分別為第一平面熱管和第二平面熱管的熱量釋放端。

????所述第一水槽和第二水槽均包括入水口閥門和出水口閥門。第一水槽和第二水槽均為腔型長方體結構，并且采用鍍鋅鋼板制造，保證其有足夠的容量及耐腐蝕性能，在水槽前端面上加工有左、右對稱的長方形開口，用于將平面熱管冷凝段伸入水槽內部。同時，在水槽的左、右側面加工出相同直徑的通孔，并安裝入水口閥門和出水口閥門。?

所述第一平面熱管和第二平面熱管均包括管殼和位于管殼內的液體工質與吸液芯，所述管殼為一封閉的具有矩形橫截面和上、下平面的空間腔體。管殼表面具有一定平整度，將管殼內抽成負壓以后充以適量的液體工質后封裝。?

所述管殼為具有優良導熱性的紫銅或銅合金制作而成，所述吸液芯為泡沫金屬材料制成，所述液體工質為蒸餾水、甲醇或丙酮，液體工質為也可以是溶有SiO₂、Al₂O₃或CuO納米等顆粒的蒸餾水、甲醇或丙酮的納米流體。??