CN112747831A - 一种利用裸端热电偶测量搅拌摩擦焊温度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用裸端热电偶测量搅拌摩擦焊温度的方法，包括以下步骤：(1)根据待测特征点位置，在待焊板材焊缝对应位置处开设开口向上的盲孔，并在垂直于焊缝方向开有槽；(2)在测温垫板上对称开设通槽；(3)将热电偶线测量端放置于盲孔内，充填盲孔并压实，将待焊板材固定于测温垫板上，热电偶线另一端从槽内穿过，从测温垫板通槽穿出，连接无纸记录仪；(4)进行搅拌摩擦焊焊接以及记录测量数据。该方法中无需在垫板底部开孔，能够避免焊接时的材料流入垫板孔内，进而提高热电偶位置精度及数据结果，将热电偶测量端焊成圆球状，便于固定在盲孔中，避免了现有技术中焊接或粘接不牢导致的传热影响，能够同时进行多点测量。

Description

一种利用裸端热电偶测量搅拌摩擦焊温度的方法
技术领域
本发明涉及一种测量搅拌摩擦焊温度的方法，更具体地，涉及一种利用裸端热电偶测量搅拌摩擦焊温度的方法。
背景技术
搅拌摩擦焊是一种固相焊接技术，在焊接轻合金时有不可替代的作用，其应用日益广泛。焊接温度场对焊缝组织及成形至关重要，焊缝区特征点热循环曲线的测定是FSW研究中绕不开的话题，目前常用的办法是：在待焊试板上开盲孔，在垫板上开通孔，将热电偶穿过垫板上的通孔焊接或粘接在待焊试板上盲孔内。但开盲孔会影响FSW焊缝区材料流动，热电偶线容易焊接或粘接不牢，焊点易损坏，盲孔过小，焊点位置不准确，粘接时粘胶影响传热，焊接时材料流入垫板通孔内，影响热电偶位置精度及数据结果等。这其中，影响最大的是焊接时材料流入垫板通孔内，这不但会对焊缝成形有严重影响，同时会造成热电偶测温点位置的变化，导致热循环曲线测定失真，并且难以进行多点的同时测量。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够准确固定好热电偶位置、避免焊接时的材料流出、测试结果更准确、能够同时进行多点测量的利用裸端热电偶测量搅拌摩擦焊温度的方法。
技术方案：本发明所述的利用裸端热电偶测量搅拌摩擦焊温度的方法，包括以下步骤：
(1)根据待测特征点位置，在待焊板材焊缝对应位置处开设开口向上的盲孔，并在垂直于焊缝方向开有槽，槽穿过盲孔延伸到待焊板材侧面；
(2)在测温垫板上对称开设通槽；
(3)将热电偶线测量端放置于盲孔内，充填盲孔并压实，再将待焊板材固定于测温垫板上，热电偶线另一端从槽内穿过，并从测温垫板的通槽穿出，与无纸记录仪连接；
(4)进行搅拌摩擦焊焊接以及记录测量数据。
其中，步骤1中盲孔孔径为1～2mm，孔深为1～5.25mm；
其中，待测特征点位置为距离焊缝中心0～30mm内；
其中，步骤1中槽宽为0.25～0.3mm、高为3～6mm；
其中，步骤2中通槽宽为5～10mm、槽深为3～5mm，两通槽之间为支撑区域，支撑区域宽为14～26mm；
其中，步骤3中先将热电偶线的测量端焊成圆球状，球径为0.4～0.8mm，热电偶线的线径为0.2～0.25mm；
其中，热电偶线为K型热电偶；
其中，步骤3中采用母材材料填充盲孔。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、本发明的待焊板材开设开口向上的盲孔无需在垫板底部开孔，能够避免焊接时的材料流入垫板孔内，进而提高热电偶位置精度及数据结果；2、本发明中将热电偶测量端焊成圆球状，并固定于待焊板材的盲孔中，然后将盲孔填充压实，避免了现有技术中焊接或粘接不牢导致的传热影响，提高精度；3、垫板结构简单，测温工艺流程简单方便，在现有的任何搅拌摩擦焊机上都可以使用；4、能够同时进行多点测量，方便操作，易于使用。
附图说明
图1是本发明测试装置结构示意图；
图2是图1示意图中截面A的剖面图；
图3是待焊板材示意图；
图4是待焊板材上开盲孔位置示意图；
图5是热电偶线测量端示意图；
图6是待焊板材开槽示意图；
图7是热电偶固定位置示意图；
图8是测温垫板结构示意图；
图9是实施例前进侧特征点热循环曲线；
图10是实施例后退侧特征点热循环曲线；
图11是对比例中热电偶固定示意图。
具体实施方式
实施例
(1)如图3所示，待焊板材2为两块150×85×4mm的AZ31-Mg合金板材，焊接该板材使用的是锥形搅拌头，轴肩直径16mm，搅拌针根部直径4mm，搅拌针端部直径3mm，距离焊缝中心3mm位置处于热机影响区，热机影响区的材料流动情况及组织对焊缝强度有巨大影响，此区域即为板材的特征点位置，测量该处的热循环曲线，能够判断该处热变化过程并指导后续工艺试验，如图4所示，在待焊板材2焊缝处特征点位置打5个开口向上盲孔21，盲孔21中心距离焊缝中心3mm，相邻两盲孔21之间的距离为15mm，盲孔21的孔径为1mm，盲孔21的孔深为2.25mm；如图6所示，在待焊板材2上切出槽22，槽22的宽为0.25mm、高为4mm、长为10mm，槽22穿过盲孔21延伸到待焊板材2侧面；
(2)如图8所示，在测温垫板3上表面对称开通槽31，通槽31宽为10mm、槽深3mm，并在测温垫板3上表面的中间留出20mm大小的区域用作待焊板材的焊缝背部支撑32；
(3)选用裸端K型热电偶作为热电偶线1，如图4所示，将热电偶线1的测量端焊成圆球状，球径为0.5mm，热电偶线的线径为0.2mm，如图7所示，热电偶线1穿过待焊板材2上的槽22，并将热电偶线1的测量端卡在盲孔21中心底部，用母材同种材料充填盲孔并压实，将待焊板材2固定在测温垫板3上，热电偶线1从测温垫板3的通槽31中引出并连接无纸记录仪，如图1、图2所示；
(4)开始进行搅拌摩擦焊接、记录数据，处理数据如图9、图10所示，其中，AS1表示前进侧沿着焊接方向的第一个特征点，RS1表示后推测侧沿着焊接方向的第一个特征点依次类推，由图9、图10所示，焊缝每个测温特征点数据采集正常，数值稳定，试验结果完全符合实际规律。在焊接扎入点出现明显“双峰效应”；前进侧峰值温度略高于后退侧；若以搅拌针中心位置为参考点，峰温出现明显“滞后效应”，因此，该测温方案完全可行。
整个测定过程方便快捷，不需要将热电偶焊接在待焊板材上；焊接工作结束后，待焊板材的背部平整，测定方案不会影响热电偶固定位置，能够有效解决在盲孔内热电偶的定位、焊接时垫板通孔的材料流入影响测试结果、焊缝区开孔影响FSW材料流动等问题，操作简单、测试方便、数据可靠，适用性广，所有FSW型号焊机都能使用，而无需重新设计工作台及夹具。
对比例
(1)待焊板材为两块150×85×4mm的AZ31-Mg合金板材，在待焊板材特征点位置处打5个盲孔，盲孔距离焊缝2mm，盲孔之间的距离为3mm，盲孔的孔径为1mm，盲孔的孔深为2.25mm；
(2)将测温垫板中心位置对应待焊试板上需要测的特征点位置开孔径为2mm的通孔；
(3)选用裸端K型热电偶，如图11所示，将热电偶测量端穿过测温垫板上通孔焊接在待焊试板盲孔内，热电偶另一端连接无纸记录仪，随后开始焊接并记录数据。
对比例中采用传统方法焊后，待焊板材的背部不平整，并伴有大量材料进入测温垫板通孔中，测定过程实际操作时相对繁琐且需要工作台底部抬起或开通槽。

Claims (8)

1.一种利用裸端热电偶测量搅拌摩擦焊温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据待测特征点位置，在待焊板材(2)焊缝对应位置处开设开口向上的盲孔(21)，并在垂直于焊缝方向开有槽(22)，槽(22)穿过盲孔(21)延伸到待焊板材(2)侧面；
(2)在测温垫板(3)上对称开设通槽(31)；
(3)将热电偶线(1)测量端放置于盲孔(21)内，充填盲孔(21)并压实，再将待焊板材(2)固定于测温垫板(3)上，热电偶线(1)另一端从槽(22)内穿过，并从测温垫板(3)的通槽(31)穿出，与无纸记录仪连接；
(4)进行搅拌摩擦焊焊接以及记录测量数据。
2.根据权利要求1所述的利用裸端热电偶测量搅拌摩擦焊温度的方法，其特征在于，所述步骤1中盲孔(21)孔径为1～2mm，孔深为1～5.25mm。
3.根据权利要求1所述的利用裸端热电偶测量搅拌摩擦焊温度的方法，其特征在于，所述步骤1中待测特征点位置为距离焊缝中心0～30mm内。
4.根据权利要求1所述的利用裸端热电偶测量搅拌摩擦焊温度的方法，其特征在于，所述步骤1中槽(22)宽为0.25～0.3mm、高为3～6mm。
5.根据权利要求1所述的利用裸端热电偶测量搅拌摩擦焊温度的方法，其特征在于，所述步骤2中通槽(31)宽为5～10mm、槽深为3～5mm，两通槽(31)之间为支撑区域(32)，所述支撑区域(32)宽为14～26mm。
6.根据权利要求1所述的利用裸端热电偶测量搅拌摩擦焊温度的方法，其特征在于，所述步骤3中先将热电偶线(1)的测量端焊成圆球状，球径为0.4～0.8mm，热电偶线的线径为0.2～0.25mm。
7.根据权利要求1或5所述的利用裸端热电偶测量搅拌摩擦焊温度的方法，其特征在于，所述热电偶线为K型热电偶。
8.根据权利要求1所述的利用裸端热电偶测量搅拌摩擦焊温度的方法，其特征在于，所述步骤3中采用母材材料填充盲孔。
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