CN109014562A - 一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置及其使用方法，该装置内包括U型喷水装置、夹持装置、视频识别装置和搅拌头，所述U型喷水装置与夹持装置间以浮动弹簧压杆相连接，所述夹持装置夹装在搅拌摩擦焊焊机机头上，在搅拌头内部设有热电偶丝用于检测搅拌头内的温度，在U型喷水装置的U型口内夹持弧形的金属参考丝。该装置的结构简单，安装便捷，采用浮动弹簧压杆，实现压力可控；利用搅拌头内部温度超过滞区后的变化率δT和搅拌头前方干湿分界线与金属参考丝的距离δL来判定焊接区域温度高低，解决以往高速搅拌摩擦焊接时温度控制不到位导致的薄板变形问题，保证焊接质量。

Description

一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置及其使用方法

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，尤其涉及到一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置及其使用方法。

背景技术

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)是由英国焊接研究所(The WeldingInstitute,TWI)于1991年提出的新型固相连接技术，和传统的熔焊相比，搅拌摩擦焊具有无需填充材料、热输入小、焊接变形小、焊接接头缺陷少、力学性能好等优点，该方法应用范围广泛，适用于铝、镁合金以及异种金属的焊接。

对于薄板搅拌摩擦焊接来说，焊接变形是由于在焊接过程中对焊件进行了局部的、不均匀的加热而产生的，处于高温焊接区域的材料在加热过程中的膨胀量大，受到周围温度较低、膨胀量小的材料的限制而不能自由地进行从而导致了薄板变形。

常见的用于控制搅拌摩擦焊变形的方法有钢件固定法和冷却法等，钢件固定法是设计合理的焊接夹具，将焊件固定起来进行焊接，增加其刚性，达到减小焊接变形的目的。冷却法是通过水雾、冷气等方法对焊缝局部区域进行冷却，一方面降低接头温度总体水平，另一方面使高温区变窄，降低接头温度场非对称性，抑制热变形。

此外，为了检测焊接区域温度，现有技术中提出的主要解决办法是采用红外测温或滑动式热电偶测温。尽管红外测温可以检测点或面的温度，但是其发射率需要随着工件状态的改变而不断调整，导致误差较大且成本高昂。采用热电偶也只能测出有限点的温度。

因此，有必要设计一种更为高效的焊接装置，使用过程中既能控制焊接变形，又能检测控制焊接区域温度，保证焊接质量。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，通过具有实体形状的干湿分界线距焊缝中心的距离来判断焊接区域的温度是否处于稳定状态，利用搅拌头内部温度超过滞区后的变化率δT和搅拌头前方干湿分界线与金属参考丝的距离δL来判定焊接区域温度高低，解决以往高速搅拌摩擦焊接薄板变形的问题。

本发明的具体技术方案如下所述：

一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置，包括U型喷水装置、夹持装置、视频识别装置和搅拌头，所述U型喷水装置与夹持装置间以浮动弹簧压杆相连接，所述夹持装置夹装在搅拌摩擦焊焊机机头上，在搅拌头内部设有热电偶丝用于检测搅拌头内的温度，在U型喷水装置的U型口内夹持弧形的金属参考丝。

进一步地，所述U型喷水装置包括U型压板，在U型压板上设有四个螺孔，远离搅拌头一侧的两个螺孔为喷水孔，用于连接喷水管；靠近搅拌头一侧的两个螺孔为抽水孔，用于连接抽水管。

进一步地，在U型压板底部设有滚珠便于装置在压紧的状态下随搅拌头边焊边移动。

进一步地，所述金属参考丝的制备材料包括不锈钢丝。

一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置的使用方法，具体的使用步骤为：

1)清点各部分构件，根据焊接参数将金属参考丝夹入U型压板的U型口内对应的预置位置；将喷水管与喷水孔相连、抽水管与抽水孔相连；将夹持装置夹装在搅拌摩擦焊焊机机头上，调整高度后锁紧；将视频识别装置夹装在U型压板上；

2)搅拌头内部温度超过滞区后的变化率用δT表示，搅拌头内部的温度由热电偶丝检测并采用无线传输的方式获取数据，搅拌头前方干湿分界线与金属参考丝的距离用δL表示，δL由视频识别装置判别；在高温作用下，水分迅速蒸发形成的干湿分界线向搅拌头靠近且越过金属参考丝时，当搅拌头内部温度变化率δT＞0，则保持当前参数不变；当δT≤0，则下压搅拌头使弹簧压力变大，从而增加焊缝的热输入量；当分界线开始收缩且与金属参考丝的距离δL变大，当δT≥0，则减少搅拌头的下压量同时减少旋转速度；当δT＜0，则保持原参数不变3s，干湿分界线与金属参考丝6的距离δL依旧变大则停止焊接，重新设定温度和焊接参数；当分界线与金属参考丝的距离δL在容许误差区间内时，则保持当前参数不变。

进一步地，根据材料的性质和焊接速度大小，搅拌头内部温度设定为T0，而内部滞区温度可在设定温度T0的上下50℃浮动，即滞区范围是[-50℃，50℃]。

进一步地，干湿分界线与金属参考丝的距离δL的容许误差区间为±2mm内。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明公开的薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置的结构简单，安装便捷，采用浮动弹簧压杆，实现压力可控；并可根据视频识别装置判断搅拌头周围干湿分离界线与弧形金属丝的相对位置，便于调整喷水量，避免水量不足使母材高温变形或水量过大使焊接热输入不足，实现焊接温度的可控性，保证焊接质量；

2.在U型压板底部设置滚珠，使得装置可随搅拌头边焊边压紧；

3.弧形的金属参考丝可根据焊接参数需要调整位置，并能起到导水作用；

4.抽水孔的设计便于将多余水分由吸水管吸走，避免工作台上大量积水。

附图说明

图1为本发明一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置的整体结构示意图；

图2为干湿分界线与金属参考丝的距离δL。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。

本发明公开一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置，包括U型喷水装置、夹持装置1、视频识别装置2和搅拌头3，所述U型喷水装置与夹持装置1间以浮动弹簧压杆4相连接，所述U型喷水装置包括U型压板7，在U型压板7上设有四个螺孔，远离搅拌头3一侧的两个螺孔为喷水孔8，用于连接喷水管；靠近搅拌头3一侧的两个螺孔为抽水孔9，用于连接抽水管，可抽走工作台上的多余积水；在U型压板7底部设有滚珠便于装置在压紧的状态下随搅拌头3边焊边移动；所述夹持装置1夹装在搅拌摩擦焊焊机机头上，在搅拌头3内部设有热电偶丝5用于检测搅拌头3内的温度，在U型喷水装置的U型口内夹持弧形的金属参考丝6，金属参考丝6可根据焊接参数预置设定位置，弧形的金属参考丝6还能起到一定的引流作用，所述金属参考丝6由不锈钢丝制成。

本装置的具体使用步骤为：

1)清点各部分构件，根据焊接参数将金属参考丝6夹入U型压板7的U型口内对应的预置位置；将喷水管与喷水孔8相连、抽水管与抽水孔9相连；将夹持装置1夹装在搅拌摩擦焊焊机机头上，调整高度后锁紧；将视频识别装置2夹装在U型压板7上；

2)搅拌头3内部温度超过滞区后的变化率用δT表示，搅拌头3内部的温度由热电偶丝5检测并采用无线传输的方式获取数据，搅拌头3前方干湿分界线与金属参考丝6的距离用δL表示，δL由视频识别装置2判别；

3)在高温作用下，水分迅速蒸发形成的干湿分界线向搅拌头3靠近且越过金属参考丝6时，当搅拌头3内部温度变化率δT＞0，则保持当前参数不变；当δT≤0，则下压搅拌头3使弹簧压力变大，从而增加焊缝的热输入量；当分界线开始收缩且与金属参考丝6的距离δL变大，当δT≥0，则减少搅拌头3的下压量同时减少旋转速度；当δT＜0，则保持原参数不变3s，干湿分界线与金属参考丝6的距离δL依旧变大则停止焊接，重新设定温度和焊接参数；当分界线与金属参考丝6的距离δL在容许误差区间内时，则保持当前参数不变。

根据材料的性质和焊接速度大小，搅拌头内部温度设定为T0，而内部滞区温度可在设定温度T0的上下50℃浮动，即滞区范围是[-50℃，50℃]；干湿分界线与金属参考丝6的距离δL的容许误差区间为±2mm内。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (7)

1.一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置，其特征在于，包括U型喷水装置、夹持装置(1)、视频识别装置(2)和搅拌头(3)，所述U型喷水装置与夹持装置(1)间以浮动弹簧压杆(4)相连接，所述夹持装置(1)夹装在搅拌摩擦焊焊机机头上，在搅拌头(3)内部设有热电偶丝(5)，在U型喷水装置的U型口内夹持弧形的金属参考丝(6)。

2.如权利要求1所述的一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置，其特征在于，所述U型喷水装置包括U型压板(7)，在U型压板(7)上设有四个螺孔，远离搅拌头(3)一侧的两个螺孔为喷水孔(8)，用于连接喷水管；靠近搅拌头(3)一侧的两个螺孔为抽水孔(9)，用于连接抽水管。

3.如权利要求2所述的一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置，其特征在于，在U型压板(7)底部设有滚珠。

4.如权利要求3所述的一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置，其特征在于，所述金属参考丝(6)的制备材料包括不锈钢丝。

5.如权利要求1-4中任一项所述的一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置的使用方法，其特征在于，具体的使用步骤为：

1)清点各部分构件，根据焊接参数将金属参考丝夹入U型压板的U型口内对应的预置位置；将喷水管与喷水孔相连、抽水管与抽水孔相连；将夹持装置夹装在搅拌摩擦焊焊机机头上，调整高度后锁紧；将视频识别装置夹装在U型压板上；

2)搅拌头内部温度超过滞区后的变化率用δT表示，搅拌头内部的温度由热电偶丝检测并采用无线传输的方式获取数据，搅拌头前方干湿分界线与金属参考丝的距离用δL表示，δL由视频识别装置判别；

3)在高温作用下，水分迅速蒸发形成的干湿分界线向搅拌头靠近且越过金属参考丝时，当搅拌头内部温度变化率δT＞0，则保持当前参数不变；当δT≤0，则下压搅拌头使弹簧压力变大，从而增加焊缝的热输入量；分界线开始收缩且与金属参考丝的距离δL变大时，当δT≥0，则减少搅拌头的下压量同时减少旋转速度；当δT＜0，则保持原参数不变3s，干湿分界线与金属参考丝的距离δL依旧变大则停止焊接，重新设定温度和焊接参数；当分界线与金属参考丝的距离δL在容许误差区间内时，则保持当前参数不变。

6.如权利要求5所述的一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置的使用方法，其特征在于，根据材料的性质和焊接速度大小，搅拌头内部温度设定为T0，而内部滞区温度可在设定温度T0的上下50℃浮动，即滞区范围是[-50℃，50℃]。

7.如权利要求6所述的一种薄板搅拌摩擦焊控温防变形压板装置的使用方法，其特征在于，干湿分界线与金属参考丝的距离δL的容许误差区间为±2mm内。