CN204954154U - 一种镁合金搅拌摩擦焊温度场测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种镁合金搅拌摩擦焊温度场测量装置，该装置由垫板、工件、螺钉式热电偶、温度采集器和计算机组成。为克服普通K型热电偶在测量镁合金搅拌摩擦焊温度场时极易出现固定不稳、测温不准等问题，本实用新型采用螺钉式热电偶测温法，根据预先设定的温度测量位置攻取螺纹孔，再将螺钉式热电偶紧固在螺纹通孔内，依据热电偶测温原理对镁合金内部和镁合金底部的温度进行有效实时测量。通过温度采集器与计算机的连接，并结合相对应的数据处理软件，可以对镁合金搅拌摩擦焊接过程中的温度数据进行事后显示和实时监测，为搅拌摩擦焊接工艺参数优化提供指导。

Description

一种镁合金搅拌摩擦焊温度场测量装置

技术领域

本实用新型涉及摩擦焊的温度场测量技术，属于焊接技术应用领域。

背景技术

镁合金具有密度小、熔点低、导热率高等特点。若采用TIG、MIG等常规熔焊方法焊接镁合金，则非常容易引起金属过烧、焊后出现残余变形和热裂纹、焊缝内出现夹杂和脆性相等问题，从而降低焊接接头的力学性能。采用搅拌摩擦焊接方法焊接镁合金能够避免上述缺陷的产生。

搅拌摩擦焊接（FrictionStirWelding,FSW）自英国焊接研究所（TWI）于1991年发明以来，经过短短二十多年的发展，已在航空航天、交通运输、核工业等领域获得广泛的应用，被认为是制造领域的一项革命性成果，已成为目前最引人注目和最具开发潜力的焊接技术之一。搅拌摩擦焊接过程中的温度场分布对焊接接头的组织形貌和力学性能产生直接影响，同时，研究搅拌摩擦焊接过程的温度场分布对于研究摩擦表面高温粘塑性金属的形成、流动扩展和分布，焊接接头力学冶金和焊接应力应变弹塑性动态过程等都具有非常重要的意义。

焊接过程中，焊件上各点的温度分布是空间和时间的函数，即T=f（x,y,z,t），焊接温度场用来表示某一瞬间焊件上各点的温度分布。S.Lu等人的研究（ThermalCycleCharacteristicsofAM50MagnesiumAlloyWeldedbyFSW[J].KeyEngineeringMaterials,2010,419-420:533-536）表明：搅拌摩擦焊接的温度场分布在工件纵向、横向和厚度三维方向上是不对称梯度分布的。因此，研究搅拌摩擦焊接过程的温度场分布对于开展后续理论研究十分必要。在实际的生产应用中，一般都是通过测量焊接热循环曲线来描绘焊接温度场分布特征。

目前，测量焊接热循环曲线的方式主要是通过红外线和普通K型热电偶来进行。红外线测温技术在一般情况下只能测得工件上表面的温度，无法获得工件内部和底部的温度，同时，红外线测温还非常容易受到环境因素影响。热电偶因为具备装配简单、测量精度高、测量范围广和响应时间快等优点，是目前测量焊接热循环曲线的主要方法。徐韦锋、刘合金等人（厚板铝合金搅拌摩擦焊温度场的检查与分析[J]，机械科学与计算，2008,27（9）：1159-1162）通过在搅拌针外侧位置埋入普通K型热电偶，并使用氧化镁粉末和水玻璃对插入的热电偶进行绝缘和填充压实，测量了铝合金在搅拌摩擦焊接过程中搅拌头周围的温度场分布特征，但该方法中的热电偶十分容易受到搅拌头的影响而出现松动，偏离原来位置，造成测量结果存在一定误差。目前，最常用的方法就是在试板上表面打盲孔，然后利用专用点焊机或者粘着剂将普通K型热电偶固定在待测温位置上。此方法虽在测量钢的温度循环曲线时，其焊点能保持固定，但在测量镁合金搅拌摩擦焊接的温度循环曲线时，因普通的K型镍铬-镍硅型热电偶与镁合金点焊时非常容易产生硬脆性的金属间化合物，焊点十分容易出现松动，造成普通K型热电偶与镁合金接触不充分甚至分离，测量结果误差较大。

目前，关于镁合金搅拌摩擦焊接时工件底部温度的测量方法鲜有报道。

由此可知，限于搅拌摩擦焊接设备、热电偶测温、镁合金与普通K型热电偶固定等特点，现有测量焊接时温度循环曲线的方法用在测量镁合金搅拌摩擦焊接过程的温度循环曲线时都十分容易出现普通K型热电偶接触镁合金不充分甚至分离、测量结果不准确等问题。螺钉式热电偶因自身具有装配固定、响应时间快等优点，若采用螺钉式热电偶测量镁合金搅拌摩擦焊接过程的温度循环曲线，则可以充分保证测量点的位置精度，从而获得全面、准确的焊接温度场数据。

发明内容

本实用新型的目的是提供镁合金搅拌摩擦焊接温度场测量装置，采用动态采集、实时分析模式，提高测量精度，解决无法准确、方便、可靠的测量镁合金搅拌摩擦焊接过程的温度场的问题，从而有效获取镁合金在搅拌摩擦焊接过程中的温度场的全面信息。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提出的一种镁合金搅拌摩擦焊接温度场测量装置包括垫板、工件、螺钉式热电偶、温度采集器和计算机。垫板的下底面开有沟槽，沟槽内沿长度方向分布若干个螺纹通孔，热电偶采用螺钉式热电偶，从垫板的沟槽端旋入，紧固在垫板的通螺纹孔内，螺钉式热电偶的连接线通过沟槽引出；所述工件水平固定安装在垫板上，工件沿焊接方向的中心线与垫板的下底面的沟槽上下对应，在工件上表面的待测温部位攻有螺纹孔，螺钉式热电偶固定在螺纹孔内；所述垫板和工件上的螺钉式热电偶的连接线与温度采集器连接，温度采集器通过数据传输线将温度信号传输到计算机中，通过计算机内的处理软件对数据进行处理并得到温度变化曲线。

作为优选，螺钉式热电偶紧固在垫板的通螺纹孔内时，螺钉式热电偶的顶端与垫板上表面保持平齐。

作为优选，将螺钉式热电偶紧固在工件的螺纹孔之前，将少许氧化镁粉末洒在螺纹孔底部。

作为优选，所述垫板为矩形，沟槽内的通螺纹孔均匀分布。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和效果：

1、本装置在满足不同厚度、不同尺寸工件装夹要求的前提下，可以满足搅拌摩擦焊接过程中温度场测量要求；

2、垫板的设计可以满足搅拌摩擦焊接过程中工件底部的温度测量，且根据不同位置测温点的需要，为实现镁合金搅拌摩擦焊接温度场的全面、可靠、准确测量和表征提供了有效途径；

3、现有的测量温度场方法用在测量镁合金搅拌摩擦焊接过程的温度场时十分容易出现热电偶接触镁合金不充分、测量结果不准确等问题，采用螺钉式热电偶测量镁合金搅拌摩擦焊接过程的温度场，则可以充分保证测量点的位置精度，获得全面、准确的焊接温度场数据；

4、本装置结构简单，制作方便，针对镁合金实用性强。

附图说明

图1是镁合金搅拌摩擦焊温度场测量装置的结构示意图；

图2是装置中垫板的结构示意图.

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步的说明。

如图1和图2所示，本实用新型的镁合金搅拌摩擦焊温度场测量装置包括垫板1、工件2、螺钉式热电偶3、温度采集器5和计算机6和数据处理软件等部分。工件2水平固定安装在垫板1上，在垫板1的下底面8开有一个沟槽9，沟槽内沿长度方向均匀分布若干个螺纹通孔10。螺钉式热电偶3从垫板的沟槽端旋入，被紧固在螺纹通孔10内。焊接过程中搅拌头与工件2产生摩擦，在工件2的上表面的待测温部位攻有螺纹孔（图中被螺钉式热电偶3遮住，故未指示），螺钉式热电偶3被固定安装在螺纹孔内。以上螺钉式热电偶3与温度采集器5连接，温度采集器5通过数据传输线7将温度信号传输到计算机6中，并通过计算机中的数据处理软件得到温度变化曲线。

本实施例中，垫板1为矩形，垫板1的下底面8的沟槽9开在沿焊接方向的中心线上，即工件2沿焊接方向的中心线与垫板1的下底面8的沟槽9上下对应。螺钉式热电偶3从垫板1的沟槽9端旋入，紧固在垫板1的螺纹通孔10内时，要使螺钉式热电偶3的顶端与垫板1上表面保持平齐。

本实施例中，将螺钉式热电偶3紧固在工件2的螺纹孔处之前，将少许氧化镁粉末洒在螺纹孔底部。

在满足工件装夹的前提下，将螺钉式热电偶3紧固在垫板1的螺纹通孔10和工件2的螺纹孔内，垫板1上的螺钉式热电偶3的连接线由垫板1下表面8的沟槽9引出，然后将垫板1与工件2和焊接工作台装配，焊接过程中记录热电偶的温度变化曲线。

测量具体包括以下步骤：

首先，将螺钉式热电偶3从垫板1的沟槽9端旋入，紧固在垫板1的螺纹通孔10内，安装时，要保证螺钉式热电偶3的顶端与垫板1上表面保持平齐，将螺钉式热电偶3的连接线沿垫板1下表面8的沟槽9捋平并引出垫板1。

然后按照焊接的要求将工件2与垫板1预装配，并使焊缝中心线与垫板下表面8的沟槽9中心线重合，把少许氧化镁粉末12洒在工件2的螺纹孔底部，再将螺钉式热电偶3紧固在工件2的螺纹孔内，整理、捋平螺钉式热电偶3的连接线，使其不受搅拌头转动和行走的影响。

然后将螺钉式热电偶3的连接线与温度采集器5连接，

最后，按照焊接的要求将工件2与垫板1紧密装配，保证焊缝中心线与垫板1下表面8的沟槽9中心线重合，两者一起固定在搅拌摩擦焊机的工作台上，焊接过程中搅拌头与工件产生摩擦，温度采集器5通过数据传输线7将温度信号传输到计算机6中，通过计算机的数据处理软件即可获得所有热电偶的温度变化曲线。

Claims (4)

1.一种镁合金搅拌摩擦焊温度场测量装置，包括垫板（1）、工件（2）、热电偶、温度采集器（5）和计算机（6）；其特征在于：所述垫板（1）的下底面（8）开有沟槽（9），沟槽内沿长度方向分布若干个螺纹通孔（10），热电偶采用螺钉式热电偶（3），从垫板（1）的沟槽（9）端旋入，紧固在垫板（1）的螺纹通孔（10）内，螺钉式热电偶（3）的连接线通过沟槽（9）引出；所述工件（2）水平固定安装在垫板（1）上，工件（2）沿焊接方向的中心线与垫板（1）的下底面（8）的沟槽（9）上下对应，在工件（2）上表面（13）的待测温部位攻有螺纹孔，螺钉式热电偶（3）固定在螺纹孔内；所述垫板（1）和工件（2）上的螺钉式热电偶（3）的连接线与温度采集器（5）连接，温度采集器（5）通过数据传输线（7）将温度信号传输到计算机（6）中，通过计算机内的处理软件对数据进行处理并得到温度变化曲线。

2.根据权利要求1所述的镁合金搅拌摩擦焊温度场测量装置，其特征在于：螺钉式热电偶（3）紧固在垫板（1）的螺纹通孔（10）内时，螺钉式热电偶（3）的顶端应与垫板上表面保持平齐。

3.根据权利要求1所述的镁合金搅拌摩擦焊温度场测量装置，其特征在于：在工件（2）的螺纹孔底部有氧化镁粉末。

4.根据权利要求1所述的镁合金搅拌摩擦焊温度场测量装置，其特征在于：所述垫板（1）为矩形，沟槽内的螺纹通孔（10）均匀分布。