[發(fā)明專利]一種攪拌摩擦焊接的攪拌頭水冷卻結構及冷卻方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710801154.4
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN109202262B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設計）人: 孟強;邱宇;董繼紅;張坤;欒國紅
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種攪拌摩擦焊接的攪拌頭水冷卻結構，其特征在于：包括攪拌頭（1）、水箱（2）、水泵（3）、進水管（4）、回水管（5）、攪拌頭夾持部（6）、入水通道（7）、信號發(fā)射裝置（8）、溫度傳感器（9）、接水罩（10）、固定架（11）、焊接裝備殼體（12）、電子溫控裝置（14）、信號接收裝置（15）和冷卻器（16）；在所述攪拌頭（1）內設有冷卻腔室和多個出水孔，所述出水孔沿攪拌頭（1）的徑向分布，且與水平方向之間有一定的夾角，出水孔一端與所述冷卻腔室相通，另一端設在攪拌頭（1）的外側壁上，所述接水罩（10）設在攪拌頭（1）的外部，接水罩（10）下端與攪拌頭（1）的下軸肩平齊，接水罩（10）的上端固定安裝在所述固定架（11）上，固定架（11）固定安裝在所述焊接裝備殼體（12）外部，接水罩（10）、固定架（11）及焊接裝備殼體（12）均不隨攪拌頭（1）一起做旋轉運動，所述攪拌頭夾持部安裝在攪拌頭（1）上方，所述入水通道（7）設在攪拌頭夾持部的中心軸線處并延伸至攪拌頭（1）內與冷卻腔室相通，所述進水管（4）一端連接至入水通道（7），另一端通過所述水泵（3）連接至所述水箱（2），所述冷卻器（16）設在進水管（4）上，所述回水管（5）一端連接至接水罩（10）的底端，另一端連接至水箱（2），所述溫度傳感器（9）埋在攪拌頭（1）的內部，所述信號發(fā)射裝置（8）位于攪拌頭（1）外部并與溫度傳感器（9）連接，所述信號接收裝置（15）與所述電子溫控裝置（14）相連接，信號接收裝置（15）接收信號發(fā)射裝置（8）發(fā)射的溫度信號，并將所述溫度信號傳輸給電子溫控裝置（14），在所述水泵（3）上設有第一控制閥，在所述冷卻器（16）上設有第二控制閥，所述第一控制閥和第二控制閥均與所述電子溫控裝置（14）連接；

其中，所述攪拌頭采用鎢鈰鉬合金制作而成，所述的鎢鈰鉬合金是由鎢、鈰和鉬組成的三元合金，其中鈰的質量百分比為0.8%～3%，鉬的質量百分比為5%～15%。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種攪拌摩擦焊接的攪拌頭水冷卻結構，其特征在于：所述出水孔為2～4個，所述夾角大小為15°～55°。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種攪拌摩擦焊接的攪拌頭水冷卻結構，其特征在于：所述接水罩為環(huán)繞攪拌頭底部的翻邊環(huán)形槽結構。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種攪拌摩擦焊接的攪拌頭水冷卻結構，其特征在于：所述接水罩與攪拌頭接近，但不接觸，二者之間的距離為0.1-0.3mm。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種攪拌摩擦焊接的攪拌頭水冷卻結構，其特征在于：所述溫度傳感器共有3個，兩個埋在攪拌頭的中上部，另一個埋在攪拌頭下部與攪拌針相接的地方，所述信號發(fā)射裝置也有3個，分別與3個溫度傳感器相對應連接，可以實時測定攪拌頭不同部位的溫度。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種攪拌摩擦焊接的攪拌頭水冷卻結構，其特征在于：在所述進水管和所述回水管上均設有單向閥，防止倒流。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種攪拌摩擦焊接的攪拌頭水冷卻結構，其特征在于：在所述水箱上還設有加水過濾器，以去除雜質，提高冷卻水的純度。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種攪拌摩擦焊接的攪拌頭水冷卻結構，其特征在于，所述攪拌頭通過如下步驟制備得到：

（1）按配料組成分別稱取鎢、鈰、鉬的金屬粉體，混合，用化學共沉淀法制料、球磨；

（2）將球磨后的粉料烘干，加入12～16%的石蠟和0.1～0.4%的外加劑混合后制成蠟餅；

（3）將蠟餅熔化、攪拌得到漿料，真空處理所述漿料，采用熱壓鑄方式成型；

（4）排蠟、清灰后送入電隧道窯中進行無壓燒成；

（5）最后冷加工成型；

其中，所述外加劑為：鎢與碳化鈦按1:1～1.2的重量比組成的混合物，可以增強攪拌頭的硬度、剛性及耐磨性。

9.采用權利要求1所述的一種攪拌摩擦焊接的攪拌頭水冷卻結構進行冷卻的方法，其特征在于：包括以下步驟：

（1）開啟水冷循環(huán)：

在焊接過程中，攪拌頭高速旋轉與待焊金屬摩擦，產生大量摩擦熱，攪拌頭溫度迅速提高，利用水泵從水箱中抽取冷卻水，冷卻水通過進水管依次經由冷卻器、入水通道進入攪拌頭內的冷卻腔室，吸收摩擦熱量，冷卻腔室內的冷卻水在攪拌頭高速旋轉產生的離心力作用下，通過出水孔被甩出，被甩出的水由接水罩進行收集，然后再通過回水管流回水箱，冷卻后繼續(xù)循環(huán)；

（2）智能化自動控溫：

通過設在攪拌頭內部的溫度傳感器測量攪拌頭的溫度，信號發(fā)射裝置將溫度傳感器測量的溫度信號進行發(fā)射，所述信號接收裝置接收所述溫度信號，再將其傳輸至所述電子溫控裝置，電子溫控裝置根據(jù)溫度信號的信息判斷攪拌頭內部的溫度是否高于或低于預設值，然后通過第一控制閥調節(jié)水泵的流量和/或通過第二控制閥調節(jié)冷卻器調節(jié)冷卻水溫度，使攪拌頭內部的溫度在預設范圍內。