[發(fā)明專利]一種攪拌摩擦焊接的攪拌頭水冷卻結(jié)構(gòu)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(shè)計）人: 孟強;邱宇;董繼紅;張坤;欒國紅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空制造技術(shù)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

本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦焊接的攪拌頭水冷卻結(jié)構(gòu)及冷卻方法，其包括攪拌頭、水箱、水泵、進水管、回水管、攪拌頭攪拌頭夾持部、入水通道、信號發(fā)射裝置、溫度傳感器、接水罩、固定架、焊接裝備殼體、電子溫控裝置、信號接收裝置和冷卻器；其利用水泵將水箱內(nèi)的冷卻液體抽入進水管，送達攪拌頭內(nèi)部的冷卻腔室，吸收摩擦熱量，再利用攪拌頭自身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將冷卻水自動甩出，通過接水罩進行收集循環(huán)，另外通過溫度傳感器和實時測量攪拌頭的溫度，并通過電子溫度控制裝置實時調(diào)控水泵和冷卻器，保證攪拌頭的溫度在合理溫度范圍之內(nèi)。本發(fā)明的攪拌頭水冷卻結(jié)構(gòu)冷卻效果好，可以實現(xiàn)智能化控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦焊接的攪拌頭水冷卻結(jié)構(gòu)及冷卻方法，屬于攪拌摩擦焊接技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

攪拌摩擦焊接技術(shù)主要通過帶有攪拌針和軸肩的攪拌頭與被焊接工件摩擦產(chǎn)生大量的摩擦熱使焊縫材料軟化，進而達到熱塑性狀態(tài)，產(chǎn)生塑性流動而實現(xiàn)固相連接。攪拌摩擦焊接過程中產(chǎn)生了大量的摩擦熱和塑性變形熱，使得焊接接頭存在明顯的熱軟化效應(yīng)，組織粗大，導(dǎo)致焊接接頭的強度仍低于母材，特別是高強鋁合金焊接接頭，其最高強度約為母材強度的80%。攪拌摩擦焊接過程對摩擦熱輸入量非常敏感，熱輸入量過高容易對焊接過程產(chǎn)生焊接缺陷、接頭熱影響區(qū)擴大、攪拌頭快速磨損等不利影響，尤其表現(xiàn)在鋁/鎂合金厚板、銅合金、鈦合金、鋼鐵材料的攪拌摩擦焊接過程中。因此，在焊接過程中對被焊接工件進行實時冷卻十分重要。

目前的冷卻方式主要有三種方式，一種是空氣冷卻方式，比如采用自然空氣和強制空氣冷卻方法，這種方法冷卻速度較慢，導(dǎo)致焊核區(qū)的再結(jié)晶晶粒長大，焊縫質(zhì)量較差。第二種方式是采用冷卻液（水、干冰、酒精、液氮及它們的混合物）對被焊接工件進行直接噴灑和浸泡式冷卻，此種方式的冷卻速度較快，冷卻效果明顯，但液態(tài)冷卻介質(zhì)直接與被連接工件進行接觸，液態(tài)冷卻介質(zhì)降低了被焊接工件的高溫塑性，焊接質(zhì)量較差。再者，直接噴灑的冷卻方式容易對焊接設(shè)備造成污染，焊后清掃麻煩。第三種方式是采用外置冷卻器對焊接工件進行冷卻。如申請?zhí)枮?01210099428.7的中國專利申請所公開的方式中，采用密閉式冷卻液循環(huán)流動的干式冷卻裝置對被焊接工件進行非接觸式干式冷卻。此種密閉式冷卻器與被焊接工件不直接接觸，焊縫成型性較好，焊接過程干擾較少，但非接觸式冷卻效果相對較差，且此裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本相對較高。再者，采用內(nèi)部帶冷卻液循環(huán)流動的墊板對直接位于其上方的被焊接工件進行實時冷卻，這種具有冷卻功能的墊板內(nèi)部為中空或帶冷卻通道，中空型墊板的支撐作用被大幅降低，而帶冷卻通道的墊板由于冷卻通道的熱傳導(dǎo)能力有限而導(dǎo)致冷卻效果較差。

基于現(xiàn)有的攪拌摩擦焊接的攪拌頭冷卻效果差，且結(jié)構(gòu)和工藝均較為復(fù)雜,焊接成本居高不下的技術(shù)問題，亟需改進攪拌摩擦焊接的攪拌頭的結(jié)構(gòu)和冷卻方式。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種攪拌摩擦焊接的攪拌頭水冷卻結(jié)構(gòu)及冷卻方法，其在攪拌頭內(nèi)部設(shè)計了冷卻腔室和出水孔，利用水泵將水箱內(nèi)的冷卻液體抽入進水管，送達攪拌頭內(nèi)部的冷卻腔室，吸收摩擦熱量，再利用攪拌頭自身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將冷卻腔室內(nèi)的冷卻水自動甩出，通過接水罩進行收集循環(huán)，另外通過溫度傳感器和實時測量攪拌頭的溫度，并通過電子溫度控制裝置實時調(diào)控水泵和冷卻器，保證攪拌頭的溫度在合理溫度范圍之內(nèi)。

為了實現(xiàn)本發(fā)明，其采用了如下技術(shù)方案：