[發(fā)明專利]一種攪拌摩擦焊的冷卻系統(tǒng)及其使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110364793.5
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN112935645B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉喆;劉莉;林志成;董春林;苗澍;趙運強
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東省科學(xué)院中烏焊接研究所
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00;B23K20/12
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;黃詩彬

本發(fā)明公開了一種攪拌摩擦焊的冷卻系統(tǒng)，包括：用于固定待焊接的工件的固定臺；第一噴液部和第二噴液部，第一噴液部和第二噴液部均在固定臺的上下兩側(cè)設(shè)有若干個能夠連接冷卻液源的噴嘴，位于固定臺上下兩側(cè)的噴嘴的噴液方向上下相對；第一噴液部的噴嘴為單孔噴嘴，所述第二噴液部的噴嘴為多孔噴嘴；調(diào)控裝置，其包括角度調(diào)控部和高度調(diào)控部，角度調(diào)控部能夠調(diào)控第一噴液部和/或第二噴液部的噴嘴的角度，高度調(diào)控部能夠調(diào)控第一噴液部和/或第二噴液部的噴嘴的高度。本發(fā)明還提供一種冷卻系統(tǒng)的使用方法，其能精準(zhǔn)控制冷卻速度，使得中厚工件在攪拌摩擦焊時厚度方向上能夠快速降溫并且溫度分布均勻，從而獲得良好的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及攪拌摩擦焊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種攪拌摩擦焊的冷卻系統(tǒng)及其使用方法。

背景技術(shù)

攪拌摩擦是一種獨特的焊接技術(shù)，其焊接頭包括主軸、軸肩和旋轉(zhuǎn)的攪拌頭，攪拌頭外徑小于軸肩，焊接過程大致為利用攪拌頭伸入工件的接縫處，軸肩貼合在工件表面；通過攪拌頭的高速旋轉(zhuǎn)與工件摩擦，使工件被摩擦的部位溫度升高而軟化，同時對軟化的部位進行攪拌，最終完成工件接縫處的連接；軸肩與工件表面摩擦生熱，可以防止塑性狀態(tài)材料的溢出并清除表面氧化膜。由于攪拌摩擦具有殘余應(yīng)力低、焊接工件不易變形、操作過程方便實現(xiàn)機械化和自動化、成本較低、焊接過程安全無毒無污染等優(yōu)點，因此在很多領(lǐng)域中具備重要的價值。

但是對于鋼、鈦合金等容易在焊接過程發(fā)生組織相變的金屬工件而言，攪拌摩擦產(chǎn)生的金屬變形、微觀組織演變及最終的力學(xué)性能具有重要的影響。當(dāng)焊接的金屬板厚度為5－20mm的中厚板時，往往出現(xiàn)面向焊接頭的上層溫度最高，沿著厚度方向溫度逐漸降低，具有明顯的溫度差異和不均勻性，溫度差異主要可以存在于工件的表面與中心之間和上下兩個表面之間，這種溫度差異在導(dǎo)熱系數(shù)小的材料中更為明顯，對焊接后接頭的組織性能產(chǎn)生了極大的不良影響。

目前，在攪拌摩擦焊領(lǐng)域中，存在著一些采用噴出冷卻液/冷卻氣來對焊縫表面進行降溫的方式，但是這些技術(shù)對焊縫中心和下表面的溫度分布影響有限；且在控制上難以實現(xiàn)冷卻速度的精細精準(zhǔn)控制，因而無法實現(xiàn)厚度上焊接溫度場的均勻分布。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種攪拌摩擦焊的冷卻系統(tǒng)及其使用方法，其能精準(zhǔn)控制冷卻速度，使得中厚工件在攪拌摩擦焊時厚度方向上能夠快速降溫并且溫度分布均勻，從而獲得良好的力學(xué)性能。

本發(fā)明的目的采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種攪拌摩擦焊的冷卻系統(tǒng)，包括：

固定裝置，其包括固定臺，所述固定臺用于固定待焊接的工件；

噴液裝置，其包括第一噴液部和第二噴液部，所述第一噴液部和第二噴液部均在所述固定臺的上下兩側(cè)設(shè)有若干個能夠連接冷卻液源的噴嘴，位于所述固定臺上下兩側(cè)的噴嘴的噴液方向上下相對；所述第一噴液部的噴嘴為單孔噴嘴，所述第二噴液部的噴嘴為多孔噴嘴；

調(diào)控裝置，其包括角度調(diào)控部和高度調(diào)控部，所述角度調(diào)控部能夠調(diào)控所述第一噴液部和/或第二噴液部的噴嘴的角度，所述高度調(diào)控部能夠調(diào)控所述第一噴液部和/或第二噴液部的噴嘴的高度。

本發(fā)明中的摩擦攪拌焊的冷卻裝置主要針對中厚板材在焊接過程中，厚度方向上的溫度分布出現(xiàn)明顯差異的現(xiàn)象。其中，固定臺將待焊接的工件固定起來，避免在后續(xù)噴液過程中發(fā)生位移。