[發明專利]實現焊接界面溫度高動態高精度測量的攪拌摩擦焊接工具頭及攪拌摩擦焊接裝置

在審

• 申請號: 202010597883.4
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111940889A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 林永勇;王江峰;張華德;胡峰峰;徐曉霞;嚴軍富;宮秀梅;王陽俊;陳立國
• 申請（專利權）人: 航天工程裝備（蘇州）有限公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 蘇張林

本發明公開了一種實現焊接界面溫度高動態高精度測量的攪拌摩擦焊接工具頭，包括由夾持區、過渡區和軸肩構成的工具頭本體，軸肩的端面上安裝有可拆卸的攪拌針，攪拌針的外周面以及軸肩的端面上均布置有多個陣列薄膜熱電偶，陣列薄膜熱電偶中均排布有n*n個薄膜熱電偶；過渡區中嵌入有測溫及無線通信集成裝置，陣列薄膜熱電偶通過補償導線與測溫及無線通信集成裝置電連接，測溫及無線通信集成裝置電連接用于將傳輸過來的電信號轉變成溫度信號并通過無線的方式傳輸出去。本發明還公開了包含上述工具頭地攪拌摩擦焊接裝置。本發明的攪拌摩擦焊接工具頭，能夠實現焊接界面溫度的高動態高精度測量，具有高實時性、非破壞性和長壽命的優點。

技術領域

本發明涉及焊接設備技術領域，具體涉及一種實現焊接界面溫度高動態高精度測量的攪拌摩擦焊接工具頭，以及包含該焊接工具頭的攪拌摩擦焊接裝置。

背景技術

隨著新能源汽車、航空航天等產業的快速發展，對高性能材料綠色連接技術提出了較高需求，攪拌摩擦焊技術是實現高性能材料連接的有效手段，攪拌摩擦焊接過程中，焊接界面溫度直接影響焊接材料的流動性與焊接接頭的最終質量，因此，如何實時原位測量獲得焊接界面溫度分布是保證焊接接頭質量的關鍵。目前，普遍采用在材料中預埋熱電偶的方式，間接測量焊接區的溫度，這種方式一方面只能實現單點的瞬時溫度測量，另一方面由于熱電偶的滯后性，無法獲得實時的溫度數值，無法獲得溫度場的實時分布。有研究采用在焊接頭上安裝普通熱電偶的方式實現溫度的動態測量，其問題主要在于破壞了刀具的結構，并且隨著焊接過程的進行，熱電偶會磨損掉，不能長時間對焊接全過程進行溫度測量。

因此，針對目前現有技術中存在的攪拌摩擦焊接過程中焊接區溫度測量中，非實時測量，非原位測量、測溫結構對焊接過程影響同時容易破壞等問題，有必要提供一種用于實現焊接區溫度原位實時測量的攪拌摩擦焊接工具頭。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種攪拌摩擦焊接工具頭，該工具頭能夠實現焊接界面溫度的高動態高精度測量，具有高實時性、非破壞性和長壽命的優點。

為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：

本發明第一方面提供了一種實現焊接界面溫度高動態高精度測量的攪拌摩擦焊接工具頭，包括由夾持區、過渡區和軸肩構成的工具頭本體，所述軸肩的端面上安裝有可拆卸的攪拌針，所述攪拌針的外周面以及軸肩的端面上均布置有多個陣列薄膜熱電偶，所述陣列薄膜熱電偶中均排布有n*n(n為正整數)個薄膜熱電偶；所述過渡區中嵌入有測溫及無線通信集成裝置，所述陣列薄膜熱電偶通過補償導線與所述測溫及無線通信集成裝置電連接，所述測溫及無線通信集成裝置電連接用于將傳輸過來的電信號轉變成溫度信號并通過無線的方式傳輸出去。

進一步地，所述薄膜熱電偶由NiCr薄膜、NiSi薄膜、熱接點、導電銀膠及保護膠，以及導線構成，其中所述NiCr薄膜、NiSi薄膜、熱接點、導電銀膠及保護膠構成閉合的回路。

進一步地，所述軸肩的端面上開設有軸向孔，所述攪拌針部分地插裝于所述軸向孔中；所述軸肩的外周面開設有徑向孔，所述攪拌針通過插合于所述徑向孔中的緊定螺釘固定。

進一步地，所述攪拌針插入軸向孔中的部分呈長方體結構，露出的部分呈圓臺狀，所述圓臺的外周面上形成有三個均勻分布的平截面，所述陣列薄膜熱電偶布置于所述平截面上。

進一步地，所述攪拌針的平截面上沿高度方向等距布置三個陣列薄膜熱電偶，三個平截面共布置9個；所述軸肩端面上沿徑向等距布置3個陣列薄膜熱電偶，并每隔90°重復一次，共布置12個。

進一步地，所述補償導線與攪拌針插入軸向孔中的平面部分貼合并延伸至過渡區中，與所述測溫及無線通信集成裝置電連接。

進一步地，所述攪拌針與工件接觸的表面以及軸肩的端面上均進行了涂層處理。

進一步地，所述涂層為Ti-Al-N涂層或Cr-Al-N涂層。