CN110102872A - 一种搅拌摩擦焊工件冷却装置 - Google Patents

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沈以赴
孙涛
吴思宇
黄旭
孙静
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Abstract

本发明是一种搅拌摩擦焊工件冷却装置，包括安装在搅拌摩擦焊焊机外壳上的固定装置，冷却装置主体通过固定装置安装在搅拌摩擦焊焊机外壳，在固定装置的下方设置储水室，储水室整体为环形桶状结构，在储水室的顶部安装有上盖，储水室的侧壁开设有注水孔，冷却水从注水孔注入储水室，储水室的底部开设有多个引水孔，储水室底部加工有固定耐高温海绵的环形锯齿槽，耐高温海绵为可拆卸式，嵌套在环形锯齿槽里与引水孔相接触，浸湿的耐高温海绵呈环状覆盖在搅拌头周围的工件表面，在焊接过程中不断的冷却工件。该装置能够对工件进行迅速冷却，降温速率快，且在焊接时通过对工件进行冷却，减小了接头的热影响区，提高了接头强度和焊接质量。

Description

一种搅拌摩擦焊工件冷却装置
技术领域
本发明属于金属加工领域，具体的说是涉及一种针对易过热的材料如热塑性塑料、304不锈钢等搅拌摩擦焊工件冷却装置。
背景技术
自英国焊接研究所( TWI )于1991年发明了搅拌摩擦焊接方法以来，这项技术因其焊接变形小、残余应力小，无需保护气体和填充材料，可消除气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷，以及不产生弧光、烟尘、噪音污染等，同时能显著降低成本、节省材料、优化结构、减轻飞行器的结构重量等特点受到各国科研机构的关注。由于这项技术具有很多其他方法所不具备的显著特点，它很快就被用于航天领域，新一代运载火箭芯级贮箱筒段纵缝的焊接就是选用这种方法。尽管利用搅拌摩擦焊接方法可以获得高质量的焊缝，搅拌头与工件表面摩擦，产生大量热，有助于母材快速软化，但母材温度升高会使得工件变形，母材晶粒长大，降低母材性能，同时使焊缝的热影响区增大，降低接头强度和焊接质量。因此如何快速降低被焊工件的温度成了重要工作。
现有冷却焊件技术多针对熔化焊，搅拌摩擦焊件的相关冷却技术很少，而熔化焊件的冷却技术复杂，制造成本高昂，且用于搅拌摩擦焊件的限制条件多。
现有技术一设计了专门的设有通孔的工作台，冷却管穿过通孔与水箱连接，通过水泵将冷却水输入各个冷却管，水经过工作台将热量带走，同时外部设有的风扇也带走部分热量。专利名称为一种焊接设备冷却装置，申请号：201711304594.5，但是该方案结构较复杂，制造成本高，与工作台接触的水管不连续，有效冷却面积小，冷却效果很大程度上依赖冷却水管的数量，且该方案中由于隔了工作台间接地冷却工件，对工件的冷却效果不明显。
因此设计出一种既能最大程度实现搅拌摩擦工件冷却功能，又能最大程度提高接头质量，又能简单快捷安装的冷却装置成了一个紧要的任务。
发明内容
为了解决现有技术中搅拌摩擦焊接过程中搅拌头与板材摩擦产生高温、随着焊接的进行，焊缝的温度下降缓慢、焊缝及母材的高温停留时间长，易导致母材晶粒长大且接头热影响区面积大，降低了接头强度和焊接质量的技术缺陷，本发明提供了一种结构简单，安装方便的搅拌摩擦焊工件冷却装置，该装置能够降低焊接时工件的温度，细化晶粒，且在焊接时通过对被焊工件进行冷却，减小了接头的热影响区，提高了接头强度和焊接质量。
为了解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明是一种搅拌摩擦焊工件冷却装置，包括安装在搅拌摩擦焊焊机外壳上的固定装置，冷却装置主体通过固定装置安装在搅拌摩擦焊焊机外壳，在固定装置的下方设置储水室，储水室整体为环形桶状结构，在储水室的顶部安装有上盖，储水室的侧壁开设有注水孔，冷却水从注水孔注入储水室，储水室的底部开设有多个引水孔，储水室底部加工有固定耐高温海绵的环形锯齿槽，耐高温海绵为可拆卸式，嵌套在环形锯齿槽里与引水孔相接触，环形锯齿槽的外圆底部距离被焊工件表面的高度高于搅拌头底部距离被焊工件表面的高度2-3cm，保证焊接过程中搅拌头有倾斜角时不会触碰到工件表面，储水室内的冷却水通过引水孔流入耐高温海绵，浸湿的耐高温海绵呈环状覆盖在搅拌头周围的工件表面，在焊接过程中不断的冷却工件。
本发明的进一步改进在于：耐高温海绵的顶部与引水孔相接触，耐高温海绵的底部距离被焊工件表面的高度低于搅拌头底部距离被焊工件表面的高度3cm，以保证焊接时，搅拌摩擦焊倾角在0-5°范围时，浸湿的耐高温海绵均可被焊工件紧密接触。
本发明的进一步改进在于：耐高温海绵为多孔耐高温海绵。
本发明的进一步改进在于：固定装置通过抱箍形式固定在搅拌摩擦焊焊机外壳上。
采用搅拌摩擦焊工件冷却装置进行焊接是，其包括如下步骤：
（1）在冷却装置上装上耐高温海绵；
（2）由下往上将冷却装置套入搅拌头，调整固定装置的轴向高度至合适位置，拧紧固定装置上的抱箍；
（3）从注水孔加入适量冷却水，若焊接长焊缝，则需要接上冷却水管；
（4）设定好焊接程序，打开冷却水管开关，焊接开始。
本发明的有益效果是：该装置不仅结构简单，安装方便，且用水作为冷却液，高温下汽化成水蒸气，焊接过程中无污染，使用浸湿的耐高温海绵呈环状覆盖在工件表面，工件有效冷却面积大，降温速率快，细化晶粒，防止工件热软化变形，保护了工件自身的性能，降低了焊接成本，同时也减小了接头的热影响区，提高了接头强度和焊缝质量；该装置使用耐高温海绵作为冷却水与被焊工件的接触介质，使冷却水对工件表面进行均匀冷却，以免扰乱焊缝的热影响区分布。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1 是本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1所示，本发明是一种搅拌摩擦焊工件冷却装置，包括安装在搅拌摩擦焊焊机外壳上的固定装置1，所述固定装置1通过抱箍形式固定在搅拌摩擦焊焊机外壳上，方便拆装和调节冷却装置的轴向高度，冷却装置主体通过所述固定装置1安装在搅拌摩擦焊焊机外壳，在所述固定装置1的下方设置储水室2，所述储水室2整体为环形桶状结构，在所述储水室2的顶部安装有上盖，防止水溢出四溅，所述储水室2的侧壁开设有注水孔3，注水孔方便注入冷却水，可同时外接水管，保证焊接正常进行，冷却水从注水孔3注入储水室2，所述储水室2的底部开设有多个引水孔4，所述储水室2底部加工有固定耐高温海绵3的环形锯齿槽6，所述耐高温海绵5为多孔耐高温海绵，吸水能力强，耐高温海绵3为可拆卸式，嵌套在环形锯齿槽6里与引水孔相接触，所述耐高温海绵5的顶部与引水孔4相接触，耐高温海绵5的底部距离被焊工件表面的高度低于搅拌头底部距离被焊工件表面的高度3cm，以保证焊接时，搅拌摩擦焊倾角在0-5°范围时，浸湿的耐高温海绵均可被焊工件紧密接触，所述环形锯齿槽6的外圆底部距离被焊工件表面的高度高于搅拌头底部距离被焊工件表面的高度2-3cm，保证焊接过程中搅拌头有倾斜角时不会触碰到工件表面，所述储水室2内的冷却水通过引水孔4流入耐高温海绵5，浸湿的耐高温海绵5呈环状覆盖在搅拌头周围的工件表面，在焊接过程中不断的冷却工件。
实施例一
对1mm厚的304不锈钢进行搅拌摩擦焊的搭接：
焊接工具参数：搅拌头轴肩直径16mm，搅拌针直径4mm，长度1.5mm。
采用搅拌摩擦焊工件冷却装置进行焊接是，其包括如下步骤：
（1）在储水室2底部装上耐高温海绵5；
（2）由下往上将冷却装置套入搅拌头，调整固定装置1的轴向高度至合适位置，拧紧固定装置1上的抱箍；
（3）从注水孔3加入适量冷却水，若焊接长焊缝，则需要接上冷却水管；
（4）设定好焊接程序，打开冷却水管开关，焊接开始。其中，搅拌头转速1200r/min，焊接速度为80mm/min。
以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种搅拌摩擦焊工件冷却装置，包括安装在搅拌摩擦焊焊机外壳上的固定装置（1），其特征在于：冷却装置主体通过所述固定装置（1）安装在搅拌摩擦焊焊机外壳，在所述固定装置（1）的下方设置储水室（2），所述储水室（2）整体为环形桶状结构，在所述储水室（2）的顶部安装有上盖，所述储水室（2）的侧壁开设有注水孔（3），冷却水从注水孔（3）注入储水室（2），所述储水室（2）的底部开设有多个引水孔（4），所述储水室（2）底部加工有固定耐高温海绵（3）的环形锯齿槽（6），所述耐高温海绵（3）为可拆卸式，嵌套在环形锯齿槽（6）里与引水孔相接触，所述环形锯齿槽（6）的外圆底部距离被焊工件表面的高度高于搅拌头底部距离被焊工件表面的高度2-3cm，保证焊接过程中搅拌头有倾斜角时不会触碰到工件表面，所述储水室（2）内的冷却水通过引水孔（4）流入耐高温海绵（5），浸湿的耐高温海绵（5）呈环状覆盖在搅拌头周围的工件表面，在焊接过程中不断的冷却工件。
2.根据权利要求1所述一种搅拌摩擦焊工件冷却装置，其特征在于：所述耐高温海绵（5）的顶部与引水孔（4）相接触，耐高温海绵（5）的底部距离被焊工件表面的高度低于搅拌头底部距离被焊工件表面的高度3cm，以保证焊接时，搅拌摩擦焊倾角在0-5°范围时，浸湿的耐高温海绵均可被焊工件紧密接触。
3.根据权利要求1所述一种搅拌摩擦焊工件冷却装置，其特征在于：所述耐高温海绵（5）为多孔耐高温海绵。
4.根据权利要求1所述一种搅拌摩擦焊工件冷却装置，其特征在于：所述固定装置（1）通过抱箍形式固定在搅拌摩擦焊焊机外壳上。
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