CN109202262B - 一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构及冷却方法，其包括搅拌头、水箱、水泵、进水管、回水管、搅拌头搅拌头夹持部、入水通道、信号发射装置、温度传感器、接水罩、固定架、焊接装备壳体、电子温控装置、信号接收装置和冷却器；其利用水泵将水箱内的冷却液体抽入进水管，送达搅拌头内部的冷却腔室，吸收摩擦热量，再利用搅拌头自身旋转产生的离心力将冷却水自动甩出，通过接水罩进行收集循环，另外通过温度传感器和实时测量搅拌头的温度，并通过电子温度控制装置实时调控水泵和冷却器，保证搅拌头的温度在合理温度范围之内。本发明的搅拌头水冷却结构冷却效果好，可以实现智能化控制。

Description

一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构及冷却方法

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构及冷却方法，属于搅拌摩擦焊接技术领域。

背景技术

搅拌摩擦焊接技术主要通过带有搅拌针和轴肩的搅拌头与被焊接工件摩擦产生大量的摩擦热使焊缝材料软化，进而达到热塑性状态，产生塑性流动而实现固相连接。搅拌摩擦焊接过程中产生了大量的摩擦热和塑性变形热，使得焊接接头存在明显的热软化效应，组织粗大，导致焊接接头的强度仍低于母材，特别是高强铝合金焊接接头，其最高强度约为母材强度的80%。搅拌摩擦焊接过程对摩擦热输入量非常敏感，热输入量过高容易对焊接过程产生焊接缺陷、接头热影响区扩大、搅拌头快速磨损等不利影响，尤其表现在铝/镁合金厚板、铜合金、钛合金、钢铁材料的搅拌摩擦焊接过程中。因此，在焊接过程中对被焊接工件进行实时冷却十分重要。

目前的冷却方式主要有三种方式，一种是空气冷却方式，比如采用自然空气和强制空气冷却方法，这种方法冷却速度较慢，导致焊核区的再结晶晶粒长大，焊缝质量较差。第二种方式是采用冷却液（水、干冰、酒精、液氮及它们的混合物）对被焊接工件进行直接喷洒和浸泡式冷却，此种方式的冷却速度较快，冷却效果明显，但液态冷却介质直接与被连接工件进行接触，液态冷却介质降低了被焊接工件的高温塑性，焊接质量较差。再者，直接喷洒的冷却方式容易对焊接设备造成污染，焊后清扫麻烦。第三种方式是采用外置冷却器对焊接工件进行冷却。如申请号为201210099428.7的中国专利申请所公开的方式中，采用密闭式冷却液循环流动的干式冷却装置对被焊接工件进行非接触式干式冷却。此种密闭式冷却器与被焊接工件不直接接触，焊缝成型性较好，焊接过程干扰较少，但非接触式冷却效果相对较差，且此装置结构复杂，成本相对较高。再者，采用内部带冷却液循环流动的垫板对直接位于其上方的被焊接工件进行实时冷却，这种具有冷却功能的垫板内部为中空或带冷却通道，中空型垫板的支撑作用被大幅降低，而带冷却通道的垫板由于冷却通道的热传导能力有限而导致冷却效果较差。

基于现有的搅拌摩擦焊接的搅拌头冷却效果差，且结构和工艺均较为复杂,焊接成本居高不下的技术问题，亟需改进搅拌摩擦焊接的搅拌头的结构和冷却方式。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构及冷却方法，其在搅拌头内部设计了冷却腔室和出水孔，利用水泵将水箱内的冷却液体抽入进水管，送达搅拌头内部的冷却腔室，吸收摩擦热量，再利用搅拌头自身旋转产生的离心力将冷却腔室内的冷却水自动甩出，通过接水罩进行收集循环，另外通过温度传感器和实时测量搅拌头的温度，并通过电子温度控制装置实时调控水泵和冷却器，保证搅拌头的温度在合理温度范围之内。

为了实现本发明，其采用了如下技术方案：

一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构，其特征在于：包括搅拌头1、水箱2、水泵3、进水管4、回水管5、搅拌头夹持部6、入水通道7、信号发射装置8、温度传感器9、接水罩10、固定架11、焊接装备壳体12、电子温控装置14、信号接收装置15和冷却器16；在所述搅拌头1内设有冷却腔室和多个出水孔，所述出水孔沿搅拌头1的径向分布，且与水平方向之间有一定的夹角，出水孔一端与所述冷却腔室相通，另一端设在搅拌头1的外侧壁上，所述接水罩10设在搅拌头1的外部，接水罩10下端与搅拌头1的下轴肩平齐，接水罩10的上端固定安装在所述固定架11上，固定架11固定安装在所述焊接装备壳体12外部，接水罩10、固定架11及焊接装备壳体12均不随搅拌头1一起做旋转运动，所述搅拌头夹持部安装在搅拌头1上方，所述入水通道7设在搅拌头夹持部的中心轴线处并延伸至搅拌头1内与冷却腔室相通，所述进水管4一端连接至入水通道7，另一端通过所述水泵3连接至所述水箱2，所述冷却器16设在进水管4上，所述回水管5一端连接至接水罩10的底端，另一端连接至水箱2，所述温度传感器9埋在搅拌头1的内部，所述信号发射装置8位于搅拌头1外部并与温度传感器9连接，所述信号接收装置15与所述电子温控装置14相连接，信号接收装置15接收信号发射装置8发射的温度信号，并将所述温度信号传输给电子温控装置14，在所述水泵3上设有第一控制阀，在所述冷却器16上设有第二控制阀，所述第一控制阀和第二控制阀均与所述电子温控装置14连接。

进一步地，所述出水孔为2～4个，所述夹角大小为15°～55°。

进一步地，所述接水罩为环绕搅拌头底部的翻边环形槽结构。

进一步地，所述接水罩与搅拌头接近，但不接触，二者之间的距离为0.1-0.3mm。这样既能够实现冷却水的收集和循环，还不影响搅拌头的工作。

进一步地，所述温度传感器共有3个，两个埋在搅拌头的中上部，另一个埋在搅拌头下部与搅拌针相接的地方，所述信号发射装置也有3个，分别与3个温度传感器相对应连接，可以实时测定搅拌头不同部位的温度。

进一步地，在所述进水管和所述回水管上均设有单向阀，防止倒流。

进一步地，在所述水箱上还设有加水过滤器，以去除杂质，提高冷却水的纯度。

进一步地，所述搅拌头采用钨铈钼合金制作而成，所述的钨铈钼合金是由钨、铈和钼组成的三元合金，其中铈的质量百分比为0.8%～3%，钼的质量百分比为5%～15%；或者所述搅拌头是由钨作基体，添加铈和钼制成的合金，其中铈的质量百分比为0.8%～3%，钼的质量百分比为5%～15%。

进一步地，所述搅拌头通过如下步骤制备得到：

（1）按所述配料组成分别称取钨、铈、钼的金属粉体，混合，用化学共沉淀法制料、球磨；

（2）将球磨后的粉料烘干，加入12～16%的石蜡和0.1～0.4%的外加剂混合后制成蜡饼；

（3）将蜡饼熔化、搅拌得到浆料，真空处理所述浆料，采用热压铸方式成型；

（4）排蜡、清灰后送入电隧道窑中进行无压烧成；

（5）最后冷加工成型；

其中，所述外加剂为：钨与碳化钛按1:1～1.2的重量比组成的混合物，可以增强搅拌头的硬度、刚性及耐磨性。

采用上述搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构进行冷却的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）开启水冷循环：

在焊接过程中，搅拌头高速旋转与待焊金属摩擦，产生大量摩擦热，搅拌头温度迅速提高，利用水泵从水槽中抽取冷却水，冷却水通过进水管依次经由冷却器、入水通道进入搅拌头内的冷却腔室，吸收摩擦热量，冷却腔室内的冷却水在搅拌头高速旋转产生的离心力作用下，通过出水孔被甩出，被甩出的水由接水罩进行收集，然后再通过回水管流回水箱，冷却后继续循环；

（2）智能化自动控温：

通过设在搅拌头内部的温度传感器测量搅拌头的温度，信号发射装置将温度传感器测量的温度信号进行发射，所述信号接收装置接收所述温度信号，再将其传输至所述电子温控装置，电子温控装置根据温度信号的信息判断搅拌头内部的温度是否高于或低于预设值，然后通过第一控制阀调节水泵的流量和/或通过第二控制阀调节冷却器调节冷却水温度，使搅拌头内部的温度在预设范围内。

具体的做法是：如果搅拌头内部的温度高于预设值，则通过第一控制阀加大水泵的流量，或者通过第二控制阀调节冷却器将冷却水温度降低，或者同时通过第一控制阀加大水泵的流量并通过第二控制阀调节冷却器将冷却水温度降低；如果搅拌头内部的温度低于预设温度，则通过第一控制阀减小水泵的流量，或者通过第二控制阀调节冷却器将冷却水温度升高，或者同时通过第一控制阀减小水泵的流量并通过第二控制阀调节冷却器将冷却水温度升高。

本发明的技术效果：

（1）本发明的搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构设计新颖，利用水泵将水箱内的冷却液体抽入进水管，送达搅拌头内部的冷却腔室，吸收摩擦热量，再利用搅拌头自身旋转产生的惯性将冷却腔室内的冷却水自动甩出，通过接水罩进行收集循环，另外通过温度传感器和实时测量搅拌头的温度，并通过电子温度控制装置实时调控水泵和冷却器，保证搅拌头的温度在合理温度范围之内；

（2）本发明还对搅拌头的材料进行了研究和改进，搅拌头组成成分配比合理，制成的搅拌头材料经反复验证满足搅拌摩擦焊接的性能要求，且加工工艺简单，成本低；

（3）本发明的冷却方式先进，冷却效果好，可以实现智能化控制。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图2搅拌头的局部放大示意图。

图中，1-搅拌头、1a-出水孔、1b-冷却腔室、2-水箱、3-水泵、4-进水管、5-回水管、6-搅拌头夹持部、7-入水通道、8-信号发射装置、9-温度传感器、10-接水罩、11-固定架、12-焊接装备壳体、13-加水过滤器、14-电子温控装置、15-信号接收装置、16-冷却器、17-单向阀、18-第一控制阀、19-第二控制阀。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明的一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构及冷却方法作进一步阐述，但本发明的保护内容并不限于以下实施例。

实施例1

如图1所示的一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构，包括搅拌头1、水箱2、水泵3、进水管4、回水管5、搅拌头夹持部6、入水通道7、信号发射装置8、温度传感器9、接水罩10、固定架11、焊接装备壳体12、电子温控装置14、信号接收装置15、冷却器16；如图2所示，在搅拌头1内设有冷却腔室1b和2个出水孔1a，出水孔1a沿搅拌头1的径向分布，且与水平方向之间有15°的夹角，出水孔1a一端与冷却腔室1b相通，另一端设在搅拌头1的外侧壁上，接水罩10设在搅拌头1的外面，接水罩10为环绕搅拌头1底部的翻边环形槽结构，接水罩10下端与搅拌头1的下轴肩1c平齐，接水罩10的上端固定安装在固定架11上，接水罩10与搅拌头1接近，但不接触，二者之间的距离为0.1mm，既能够实现冷却水的收集和循环，还不影响搅拌头的工作。固定架11固定安装在焊接装备壳体12外面，接水罩10、固定架11及焊接装备壳体12均不随搅拌头一起做旋转运动，搅拌头夹持部6安装在搅拌头1上方，入水通道7设在搅拌头夹持部6的中心轴线处并延伸至搅拌头1内与冷却腔室1b相通，进水管4一端连接至入水通道7，另一端通过水泵3连接至所述水箱2，在水箱2上还设有加水过滤器13，以去除杂质，提高冷却水的纯度。冷却器16设在进水管4上，回水管5一端连接至接水罩10的底端，另一端连接至水箱2，在进水管4和回水管5上分别设有一个单向阀17，防止倒流。温度传感器9埋在搅拌头1的内部，信号发射装置8位于搅拌头1外部并与温度传感器9连接，温度传感器9共有3个，两个埋在搅拌头1的中上部，另一个埋在搅拌头1下部与搅拌针相接的地方，信号发射装置8也有3个，分别与3个温度传感器9相对应连接，可以实时测定搅拌头不同部位的温度。信号接收装置15与电子温控装置14相连接，信号接收装置15接收信号发射装置8发射的温度信号，并将温度信号传输给电子温控装置14，在水泵3上设有第一控制阀18，在冷却器16上设有第二控制阀19，第一控制阀18和第二控制阀19均与电子温控装置14连接。

搅拌头1采用钨铈钼合金制作而成，是由钨、铈和钼组成的三元合金，其中铈的质量百分比为0.8%，钼的质量百分比为5%；制备搅拌头1的方法为：按配料组成称取钨、铈、钼三者金属粉体，混合，用化学共沉淀法制料、球磨；将球磨后的粉料烘干，加入12%的石蜡和0.1%的外加剂混合后制成蜡饼；将蜡饼熔化、搅拌得到浆料，真空处理所述浆料，采用热压铸方式成型；排蜡、清灰后送入电隧道窑中进行无压烧成；最后冷加工成型。所述外加剂为：钨与碳化钛按1:1的重量比组成的混合物，加入一定量的外加剂可以增强搅拌头的硬度、刚性及耐磨性。

利用上述搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构进行冷却的方法，包括以下步骤：

S1、开启水冷循环：

在焊接过程中，搅拌头1高速旋转与待焊金属摩擦，产生大量摩擦热，搅拌头1温度迅速提高，利用水泵3从水槽2中抽取冷却水，通过进水管4依次经由单向阀17、冷却器16、入水通道7而进入搅拌头1内的冷却腔室1b，吸收摩擦热量，冷却腔室1b内的冷却水在搅拌头1高速旋转产生的离心力作用下，通过出水孔1a被甩出，被甩出的水由接水罩10进行收集，然后再通过回水管5流回水箱2，冷却后继续循环；

S2、智能化自动控温：

通过设在搅拌头1内部的温度传感器9测量搅拌头的温度，信号发射装置8将温度传感器9测量的温度信号进行发射，由信号接收装置15进行接收，再传输至电子温控装置14，根据温度信息进行判断，如果搅拌头1内部的温度高于预设值，则通过第一控制阀18加大水泵3的流量，或者通过第二控制阀19调节冷却器16将冷却水温度降低，或者同时通过第一控制阀18加大水泵3的流量并通过第二控制阀19调节冷却器16将冷却水温度降低；如果搅拌头1内部的温度低于预设温度，则通过第一控制阀18减小水泵3的流量，或者通过第二控制阀19调节冷却器16将冷却水温度升高，或者同时通过第一控制阀18减小水泵3的流量并通过第二控制阀19调节冷却器16将冷却水温度升高。

实施例2

如图1所示的一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构，包括搅拌头1、水箱2、水泵3、进水管4、回水管5、搅拌头夹持部6、入水通道7、信号发射装置8、温度传感器9、接水罩10、固定架11、焊接装备壳体12、电子温控装置14、信号接收装置15、冷却器16；如图2所示，在搅拌头1内设有冷却腔室1b和3个出水孔1a，出水孔1a沿搅拌头1的径向分布，且与水平方向之间有35°的夹角，出水孔1a一端与冷却腔室1b相通，另一端设在搅拌头1的外侧壁上，接水罩10设在搅拌头1的外面，接水罩10为环绕搅拌头1底部的翻边环形槽结构，接水罩10下端与搅拌头1的下轴肩1c平齐，接水罩10的上端固定安装在固定架11上，接水罩10与搅拌头1接近，但不接触，二者之间的距离为0.2mm，既能够实现冷却水的收集和循环，还不影响搅拌头的工作。固定架11固定安装在焊接装备壳体12外面，接水罩10、固定架11及焊接装备壳体12均不随搅拌头一起做旋转运动，搅拌头夹持部6安装在搅拌头1上方，入水通道7设在搅拌头夹持部6的中心轴线处并延伸至搅拌头1内与冷却腔室1b相通，进水管4一端连接至入水通道7，另一端通过水泵3连接至所述水箱2，在水箱2上还设有加水过滤器13，以去除杂质，提高冷却水的纯度。冷却器16设在进水管4上，回水管5一端连接至接水罩10的底端，另一端连接至水箱2，在进水管4和回水管5上分别设有一个单向阀17，防止倒流。温度传感器9埋在搅拌头1的内部，信号发射装置8位于搅拌头1外部并与温度传感器9连接，温度传感器9共有3个，两个埋在搅拌头1的中上部，另一个埋在搅拌头1下部与搅拌针相接的地方，信号发射装置8也有3个，分别与3个温度传感器9相对应连接，可以实时测定搅拌头不同部位的温度。信号接收装置15与电子温控装置14相连接，信号接收装置15接收信号发射装置8发射的温度信号，并将温度信号传输给电子温控装置14，在水泵3上设有第一控制阀18，在冷却器16上设有第二控制阀19，第一控制阀18和第二控制阀19均与电子温控装置14连接。

搅拌头1采用钨铈钼合金制作而成，是由钨、铈和钼组成的三元合金，其中铈的质量百分比为1.9%，钼的质量百分比为10%；制备搅拌头1的方法为：按配料组成称取钨、铈、钼三者金属粉体，混合，用化学共沉淀法制料、球磨；将球磨后的粉料烘干，加入14%的石蜡和0.25%的外加剂混合后制成蜡饼；将蜡饼熔化、搅拌得到浆料，真空处理所述浆料，采用热压铸方式成型；排蜡、清灰后送入电隧道窑中进行无压烧成；最后冷加工成型。所述外加剂为：钨与碳化钛按1:1.1的重量比组成的混合物，加入一定量的外加剂可以增强搅拌头的硬度、刚性及耐磨性。

利用上述搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构进行冷却的方法，包括以下步骤：

S1、开启水冷循环：

在焊接过程中，搅拌头1高速旋转与待焊金属摩擦，产生大量摩擦热，搅拌头1温度迅速提高，利用水泵3从水槽2中抽取冷却水，通过进水管4依次经由单向阀17、冷却器16、入水通道7而进入搅拌头1内的冷却腔室1b，吸收摩擦热量，冷却腔室1b内的冷却水在搅拌头1高速旋转产生的离心力作用下，通过出水孔1a被甩出，被甩出的水由接水罩10进行收集，然后再通过回水管5流回水箱2，冷却后继续循环；

S2、智能化自动控温：

通过设在搅拌头1内部的温度传感器9测量搅拌头的温度，信号发射装置8将温度传感器9测量的温度信号进行发射，由信号接收装置15进行接收，再传输至电子温控装置14，根据温度信息进行判断，如果搅拌头1内部的温度高于预设值，则通过第一控制阀18加大水泵3的流量，或者通过第二控制阀19调节冷却器16将冷却水温度降低，或者同时通过第一控制阀18加大水泵3的流量并通过第二控制阀19调节冷却器16将冷却水温度降低；如果搅拌头1内部的温度低于预设温度，则通过第一控制阀18减小水泵3的流量，或者通过第二控制阀19调节冷却器16将冷却水温度升高，或者同时通过第一控制阀18减小水泵3的流量并通过第二控制阀19调节冷却器16将冷却水温度升高。

实施例3

如图1所示的一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构，包括搅拌头1、水箱2、水泵3、进水管4、回水管5、搅拌头夹持部6、入水通道7、信号发射装置8、温度传感器9、接水罩10、固定架11、焊接装备壳体12、电子温控装置14、信号接收装置15、冷却器16；如图2所示，在搅拌头1内设有冷却腔室1b和4个出水孔1a，出水孔1a沿搅拌头1的径向分布，且与水平方向之间有55°的夹角，出水孔1a一端与冷却腔室1b相通，另一端设在搅拌头1的外侧壁上，接水罩10设在搅拌头1的外面，接水罩10为环绕搅拌头1底部的翻边环形槽结构，接水罩10下端与搅拌头1的下轴肩1c平齐，接水罩10的上端固定安装在固定架11上，接水罩10与搅拌头1接近，但不接触，二者之间的距离为0.3mm，既能够实现冷却水的收集和循环，还不影响搅拌头的工作。固定架11固定安装在焊接装备壳体12外面，接水罩10、固定架11及焊接装备壳体12均不随搅拌头一起做旋转运动，搅拌头夹持部6安装在搅拌头1上方，入水通道7设在搅拌头夹持部6的中心轴线处并延伸至搅拌头1内与冷却腔室1b相通，进水管4一端连接至入水通道7，另一端通过水泵3连接至所述水箱2，在水箱2上还设有加水过滤器13，以去除杂质，提高冷却水的纯度。冷却器16设在进水管4上，回水管5一端连接至接水罩10的底端，另一端连接至水箱2，在进水管4和回水管5上分别设有一个单向阀17，防止倒流。温度传感器9埋在搅拌头1的内部，信号发射装置8位于搅拌头1外部并与温度传感器9连接，温度传感器9共有3个，两个埋在搅拌头1的中上部，另一个埋在搅拌头1下部与搅拌针相接的地方，信号发射装置8也有3个，分别与3个温度传感器9相对应连接，可以实时测定搅拌头不同部位的温度。信号接收装置15与电子温控装置14相连接，信号接收装置15接收信号发射装置8发射的温度信号，并将温度信号传输给电子温控装置14，在水泵3上设有第一控制阀18，在冷却器16上设有第二控制阀19，第一控制阀18和第二控制阀19均与电子温控装置14连接。

搅拌头1采用钨铈钼合金制作而成，是由钨、铈和钼组成的三元合金，其中铈的质量百分比为3%，钼的质量百分比为15%；制备搅拌头1的方法为：按配料组成称取钨、铈、钼三者金属粉体，混合，用化学共沉淀法制料、球磨；将球磨后的粉料烘干，加入16%的石蜡和0.4%的外加剂混合后制成蜡饼；将蜡饼熔化、搅拌得到浆料，真空处理所述浆料，采用热压铸方式成型；排蜡、清灰后送入电隧道窑中进行无压烧成；最后冷加工成型。所述外加剂为：钨与碳化钛按1:1.2的重量比组成的混合物，加入一定量的外加剂可以增强搅拌头的硬度、刚性及耐磨性。

利用上述搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构进行冷却的方法，包括以下步骤：

S1、开启水冷循环：

在焊接过程中，搅拌头1高速旋转与待焊金属摩擦，产生大量摩擦热，搅拌头1温度迅速提高，利用水泵3从水槽2中抽取冷却水，通过进水管4依次经由单向阀17、冷却器16、入水通道7而进入搅拌头1内的冷却腔室1b，吸收摩擦热量，冷却腔室1b内的冷却水在搅拌头1高速旋转产生的离心力作用下，通过出水孔1a被甩出，被甩出的水由接水罩10进行收集，然后再通过回水管5流回水箱2，冷却后继续循环；

S2、智能化自动控温：

通过设在搅拌头1内部的温度传感器9测量搅拌头的温度，信号发射装置8将温度传感器9测量的温度信号进行发射，由信号接收装置15进行接收，再传输至电子温控装置14，根据温度信息进行判断，如果搅拌头1内部的温度高于预设值，则通过第一控制阀18加大水泵3的流量，或者通过第二控制阀19调节冷却器16将冷却水温度降低，或者同时通过第一控制阀18加大水泵3的流量并通过第二控制阀19调节冷却器16将冷却水温度降低；如果搅拌头1内部的温度低于预设温度，则通过第一控制阀18减小水泵3的流量，或者通过第二控制阀19调节冷却器16将冷却水温度升高，或者同时通过第一控制阀18减小水泵3的流量并通过第二控制阀19调节冷却器16将冷却水温度升高。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构，其特征在于：包括搅拌头（1）、水箱（2）、水泵（3）、进水管（4）、回水管（5）、搅拌头夹持部（6）、入水通道（7）、信号发射装置（8）、温度传感器（9）、接水罩（10）、固定架（11）、焊接装备壳体（12）、电子温控装置（14）、信号接收装置（15）和冷却器（16）；在所述搅拌头（1）内设有冷却腔室和多个出水孔，所述出水孔沿搅拌头（1）的径向分布，且与水平方向之间有一定的夹角，出水孔一端与所述冷却腔室相通，另一端设在搅拌头（1）的外侧壁上，所述接水罩（10）设在搅拌头（1）的外部，接水罩（10）下端与搅拌头（1）的下轴肩平齐，接水罩（10）的上端固定安装在所述固定架（11）上，固定架（11）固定安装在所述焊接装备壳体（12）外部，接水罩（10）、固定架（11）及焊接装备壳体（12）均不随搅拌头（1）一起做旋转运动，所述搅拌头夹持部安装在搅拌头（1）上方，所述入水通道（7）设在搅拌头夹持部的中心轴线处并延伸至搅拌头（1）内与冷却腔室相通，所述进水管（4）一端连接至入水通道（7），另一端通过所述水泵（3）连接至所述水箱（2），所述冷却器（16）设在进水管（4）上，所述回水管（5）一端连接至接水罩（10）的底端，另一端连接至水箱（2），所述温度传感器（9）埋在搅拌头（1）的内部，所述信号发射装置（8）位于搅拌头（1）外部并与温度传感器（9）连接，所述信号接收装置（15）与所述电子温控装置（14）相连接，信号接收装置（15）接收信号发射装置（8）发射的温度信号，并将所述温度信号传输给电子温控装置（14），在所述水泵（3）上设有第一控制阀，在所述冷却器（16）上设有第二控制阀，所述第一控制阀和第二控制阀均与所述电子温控装置（14）连接；

其中，所述搅拌头采用钨铈钼合金制作而成，所述的钨铈钼合金是由钨、铈和钼组成的三元合金，其中铈的质量百分比为0.8%～3%，钼的质量百分比为5%～15%。

2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构，其特征在于：所述出水孔为2～4个，所述夹角大小为15°～55°。

3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构，其特征在于：所述接水罩为环绕搅拌头底部的翻边环形槽结构。

4.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构，其特征在于：所述接水罩与搅拌头接近，但不接触，二者之间的距离为0.1-0.3mm。

5.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构，其特征在于：所述温度传感器共有3个，两个埋在搅拌头的中上部，另一个埋在搅拌头下部与搅拌针相接的地方，所述信号发射装置也有3个，分别与3个温度传感器相对应连接，可以实时测定搅拌头不同部位的温度。

6.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构，其特征在于：在所述进水管和所述回水管上均设有单向阀，防止倒流。

7.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构，其特征在于：在所述水箱上还设有加水过滤器，以去除杂质，提高冷却水的纯度。

8.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构，其特征在于，所述搅拌头通过如下步骤制备得到：

（1）按配料组成分别称取钨、铈、钼的金属粉体，混合，用化学共沉淀法制料、球磨；

（2）将球磨后的粉料烘干，加入12～16%的石蜡和0.1～0.4%的外加剂混合后制成蜡饼；

（3）将蜡饼熔化、搅拌得到浆料，真空处理所述浆料，采用热压铸方式成型；

（4）排蜡、清灰后送入电隧道窑中进行无压烧成；

（5）最后冷加工成型；

其中，所述外加剂为：钨与碳化钛按1:1～1.2的重量比组成的混合物，可以增强搅拌头的硬度、刚性及耐磨性。

9.采用权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接的搅拌头水冷却结构进行冷却的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）开启水冷循环：

在焊接过程中，搅拌头高速旋转与待焊金属摩擦，产生大量摩擦热，搅拌头温度迅速提高，利用水泵从水箱中抽取冷却水，冷却水通过进水管依次经由冷却器、入水通道进入搅拌头内的冷却腔室，吸收摩擦热量，冷却腔室内的冷却水在搅拌头高速旋转产生的离心力作用下，通过出水孔被甩出，被甩出的水由接水罩进行收集，然后再通过回水管流回水箱，冷却后继续循环；

（2）智能化自动控温：

通过设在搅拌头内部的温度传感器测量搅拌头的温度，信号发射装置将温度传感器测量的温度信号进行发射，所述信号接收装置接收所述温度信号，再将其传输至所述电子温控装置，电子温控装置根据温度信号的信息判断搅拌头内部的温度是否高于或低于预设值，然后通过第一控制阀调节水泵的流量和/或通过第二控制阀调节冷却器调节冷却水温度，使搅拌头内部的温度在预设范围内。

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