[發(fā)明專利]一種抑制FSW接頭δ相的雙面微通道散熱器及使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010211313.7
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111283318B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王健;周進鵬;陸曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發(fā)明公開了一種抑制FSW接頭δ相的雙面微通道散熱器及使用方法，包括上微通道散熱器、下微通道散熱器、與微通道散熱器相連的推桿和輸送納米流體的管道，微通道散熱器側(cè)面設(shè)有微通道，微通道與輸送納米流體的管道相連，微通道散熱器裝置通過推桿與攪拌摩擦焊主軸相連，沿焊接方向同步移動，底面與焊件表面充分接觸以實現(xiàn)熱傳導(dǎo)，對仍處于高溫的焊縫進行散熱降溫，有效降低焊縫的峰值溫度，此外，在散熱器內(nèi)部開設(shè)的微通道內(nèi)通納米流體進行強制散熱降溫。本發(fā)明抑制δ鐵素體生成，減少焊縫過熱，細化焊縫晶粒，提高組織均勻性，減少或消除焊接接頭的殘余應(yīng)力和變形，達到改善焊接接頭質(zhì)量、提高接頭綜合性能的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于抑制低活化馬氏體(RAFM)鋼攪拌摩擦焊(FSW)焊接接頭δ鐵素體生成的雙面微通道散熱器裝置，可用于對攪拌摩擦焊焊件的精準降溫和質(zhì)量控制，屬于機械控制技術(shù)及材料工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)是一種新型的固相連接技術(shù)，克服了傳統(tǒng)熔焊方法容易產(chǎn)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(xiàn)了優(yōu)質(zhì)的焊接。在RAFM鋼FSW過程中，攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)與工件摩擦產(chǎn)生的熱量使待焊試板發(fā)生局部塑性變形，溫度可高達1100℃以上，進入到δ鐵素體相區(qū)，因而易形成高溫δ鐵素體，從而降低了焊縫的力學(xué)性能，影響了RAFM鋼接頭的可靠性。常規(guī)條件的攪拌摩擦焊都是在空氣等環(huán)境介質(zhì)下進行的。這就決定了它們在焊接過程中難以迅速吸收摩擦熱以及塑性變形熱，不利于焊縫的快速冷卻，不能使焊接熱循環(huán)曲線迅速穿過δ鐵素體的形成溫度區(qū)間。

目前，有研究者通過引入冷卻介質(zhì)的方式來改變焊接熱循環(huán)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(xué)性能的效果。其中，較為常見方法是采用浸入式攪拌摩擦焊(專利申請?zhí)枺?0089208844.1、20089072037.4)和固態(tài)熱沉式攪拌摩擦焊(專利申請?zhí)枺?01310555279.5)。對于浸入式攪拌摩擦焊而言，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。固態(tài)熱沉式攪拌摩擦焊則對焊縫進行冷卻，可以實現(xiàn)冷卻介質(zhì)與焊縫不直接接觸條件下的干式冷卻。但該裝置采用冷卻水管的方式進行單面冷卻，冷卻效果相對有限且極易導(dǎo)致焊接接頭上下兩面的冷卻速度不一樣，同時也無法實現(xiàn)精準降溫，不能使RAFM鋼焊接溫度場快速通過δ鐵素體的形成溫度區(qū)間。

由此可見，強制冷卻的引入雖然有利于改善焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能，進而控制接頭應(yīng)力和變形，但一般的“濕法”冷卻方式，都可能存在焊縫吸氫和材料腐蝕等問題，而且相關(guān)裝置比較復(fù)雜、不易操作。另外，雖存在有關(guān)攪拌摩擦焊的“干法”冷卻裝置的設(shè)計與應(yīng)用的發(fā)明，但無法實現(xiàn)對焊接接頭處于高溫階段時的精準降溫，且不能使RAFM鋼在焊接過程中焊接熱循環(huán)曲線迅速穿過δ鐵素體的形成溫度區(qū)間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種抑制FSW接頭δ相的雙面微通道散熱器及使用方法，實現(xiàn)對攪拌摩擦焊焊件的精準降溫和質(zhì)量控制，解決“濕法”冷卻需要復(fù)雜的配套設(shè)備和技術(shù)條件、操作較復(fù)雜等問題，并從根本上消除“濕法”冷卻導(dǎo)致的焊縫增氫、材料腐蝕等缺陷。同時解決了一般的“干法”冷卻效果相對有限且焊縫兩面的冷卻速度不一樣等問題，實現(xiàn)快速通過δ鐵素體的形成溫度區(qū)間，從而抑制δ鐵素體生成，達到提高焊接質(zhì)量的目的。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種抑制FSW接頭δ相的雙面微通道散熱器，包括上微通道散熱器、下微通道散熱器、推桿、輸送納米流體的管道、焊機主軸、攪拌工具和試板；

所述試板的上面和下面分別設(shè)有上微通道散熱器和下微通道散熱器，上微通道散熱器和下微通道散熱器均通過推桿與焊機主軸相連，焊機主軸上設(shè)有攪拌工具；

所述上微通道散熱器包括上底面、下底面和側(cè)面，上微通道散熱器內(nèi)部與焊接方向垂直的方向開設(shè)有微通道，微通道貫穿于兩側(cè)面，微通道與輸送納米流體的管道相連，上底面設(shè)有用于安裝推桿的安裝孔；