一種鎂合金攪拌摩擦焊溫度場測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及摩擦焊的溫度場測量技術，屬于焊接技術應用領域。
【背景技術】
[0002]鎂合金具有密度小、熔點低、導熱率高等特點。若采用TIG、MIG等常規(guī)熔焊方法焊接鎂合金，則非常容易引起金屬過燒、焊后出現(xiàn)殘余變形和熱裂紋、焊縫內(nèi)出現(xiàn)夾雜和脆性相等問題，從而降低焊接接頭的力學性能。采用攪拌摩擦焊接方法焊接鎂合金能夠避免上述缺陷的產(chǎn)生。
[0003]攪拌摩擦焊接(Frict1n Stir Welding, FSW)自英國焊接研究所(TWI)于1991年發(fā)明以來，經(jīng)過短短二十多年的發(fā)展，已在航空航天、交通運輸、核工業(yè)等領域獲得廣泛的應用，被認為是制造領域的一項革命性成果，已成為目前最引人注目和最具開發(fā)潛力的焊接技術之一。攪拌摩擦焊接過程中的溫度場分布對焊接接頭的組織形貌和力學性能產(chǎn)生直接影響，同時，研究攪拌摩擦焊接過程的溫度場分布對于研究摩擦表面高溫粘塑性金屬的形成、流動擴展和分布，焊接接頭力學冶金和焊接應力應變彈塑性動態(tài)過程等都具有非常重要的意義。
[0004]焊接過程中，焊件上各點的溫度分布是空間和時間的函數(shù)，即T=f (X，y, z, t)，焊接溫度場用來表示某一瞬間焊件上各點的溫度分布。S.Lu等人的研究(Thermal CycleCharacteristics of AM50 Magnesium Alloy Welded by FSW[J].Key EngineeringMaterials, 2010, 419-420:533-536)表明:攪拌摩擦焊接的溫度場分布在工件縱向、橫向和厚度三維方向上是不對稱梯度分布的。因此，研究攪拌摩擦焊接過程的溫度場分布對于開展后續(xù)理論研究十分必要。在實際的生產(chǎn)應用中，一般都是通過測量焊接熱循環(huán)曲線來描繪焊接溫度場分布特征。
[0005]目前，測量焊接熱循環(huán)曲線的方式主要是通過紅外線和普通K型熱電偶來進行。紅外線測溫技術在一般情況下只能測得工件上表面的溫度，無法獲得工件內(nèi)部和底部的溫度，同時，紅外線測溫還非常容易受到環(huán)境因素影響。熱電偶因為具備裝配簡單、測量精度高、測量范圍廣和響應時間快等優(yōu)點，是目前測量焊接熱循環(huán)曲線的主要方法。徐韋鋒、劉合金等人(厚板鋁合金攪拌摩擦焊溫度場的檢查與分析[J]，機械科學與計算，2008，27
(9)=1159-1162 )通過在攪拌針外側(cè)位置埋入普通K型熱電偶，并使用氧化鎂粉末和水玻璃對插入的熱電偶進行絕緣和填充壓實，測量了鋁合金在攪拌摩擦焊接過程中攪拌頭周圍的溫度場分布特征，但該方法中的熱電偶十分容易受到攪拌頭的影響而出現(xiàn)松動，偏離原來位置，造成測量結(jié)果存在一定誤差。目前，最常用的方法就是在試板上表面打盲孔，然后利用專用點焊機或者粘著劑將普通K型熱電偶固定在待測溫位置上。此方法雖在測量鋼的溫度循環(huán)曲線時，其焊點能保持固定，但在測量鎂合金攪拌摩擦焊接的溫度循環(huán)曲線時，因普通的K型鎳鉻-鎳硅型熱電偶與鎂合金點焊時非常容易產(chǎn)生硬脆性的金屬間化合物，焊點十分容易出現(xiàn)松動，造成普通K型熱電偶與鎂合金接觸不充分甚至分離，測量結(jié)果誤差較大。
[0006]目前，關于鎂合金攪拌摩擦焊接時工件底部溫度的測量方法鮮有報道。
[0007]由此可知，限于攪拌摩擦焊接設備、熱電偶測溫、鎂合金與普通K型熱電偶固定等特點，現(xiàn)有測量焊接時溫度循環(huán)曲線的方法用在測量鎂合金攪拌摩擦焊接過程的溫度循環(huán)曲線時都十分容易出現(xiàn)普通K型熱電偶接觸鎂合金不充分甚至分離、測量結(jié)果不準確等問題。螺釘式熱電偶因自身具有裝配固定、響應時間快等優(yōu)點，若采用螺釘式熱電偶測量鎂合金攪拌摩擦焊接過程的溫度循環(huán)曲線，則可以充分保證測量點的位置精度，從而獲得全面、準確的焊接溫度場數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實用新型的目的是提供鎂合金攪拌摩擦焊接溫度場測量裝置，采用動態(tài)采集、實時分析模式，提高測量精度，解決無法準確、方便、可靠的測量鎂合金攪拌摩擦焊接過程的溫度場的問題，從而有效獲取鎂合金在攪拌摩擦焊接過程中的溫度場的全面信息。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0010]本實用新型提出的一種鎂合金攪拌摩擦焊接溫度場測量裝置包括墊板、工件、螺釘式熱電偶、溫度采集器和計算機。墊板的下底面開有溝槽，溝槽內(nèi)沿長度方向分布若干個螺紋通孔，熱電偶采用螺釘式熱電偶，從墊板的溝槽端旋入，緊固在墊板的通螺紋孔內(nèi)，螺釘式熱電偶的連接線通過溝槽引出；所述工件水平固定安裝在墊板上，工件沿焊接方向的中心線與墊板的下底面的溝槽上下對應，在工件上表面的待測溫部位攻有螺紋孔，螺釘式熱電偶固定在螺紋孔內(nèi)；所述墊板和工件上的螺釘式熱電偶的連接線與溫度采集器連接，溫度采集器通過數(shù)據(jù)傳輸線將溫度信號傳輸?shù)接嬎銠C中，通過計算機內(nèi)的處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理并得到溫度變化曲線。
[0011]作為優(yōu)選，螺釘式熱電偶緊固在墊板的通螺紋孔內(nèi)時，螺釘式熱電偶的頂端與墊板上表面保持平齊。
[0012]作為優(yōu)選，將螺釘式熱電偶緊固在工件的螺紋孔之前，將少許氧化鎂粉末灑在螺紋孔底部。
[0013]作為優(yōu)選，所述墊板為矩形，溝槽內(nèi)的通螺紋孔均勻分布。
[0014]本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和效果:
[0015]1、本裝置在滿足不同厚度、不同尺寸工件裝夾要求的前提下，可以滿足攪拌摩擦焊接過程中溫度場測量要求；
[0016]2、墊板的設計可以滿足攪拌摩擦焊接過程中工件底部的溫度測量，且根據(jù)不同位置測溫點的需要，為實現(xiàn)鎂合金攪拌摩擦焊接溫度場的全面、可靠、準確測量和表征提供了有效途徑；
[0017]3、現(xiàn)有的測量溫度場方法用在測量鎂合金攪拌摩擦焊接過程的溫度場時十分容易出現(xiàn)熱電偶接觸鎂合金不充分、測量結(jié)果不準確等問題，采用螺釘式熱電偶測量鎂合金攪拌摩擦焊接過程的溫度場，則可以充分保證測量點的位置精度，獲得全面、準確的焊接溫度場數(shù)據(jù)；
[0018]4、本裝置結(jié)構簡單，制作方便，針對鎂合金實用性強。
【附圖說明】
[0019]圖1是鎂合金攪拌摩擦焊溫度場測量裝置的結(jié)構示意圖；
[0020]圖2是裝置中墊板的結(jié)構示意圖.
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對發(fā)明作進一步的說明。
[0022]如圖1和圖2所示，本實用新型的鎂合金攪拌摩擦焊溫度場測量裝置包括墊板1、工件2、螺釘式熱電偶3、溫度采集器5和計算機6和數(shù)據(jù)處理軟件等部分。工件2水平固定安裝在墊板1上，在墊板1的下底面8開有一個溝槽9，溝槽內(nèi)沿長度方向均勻分布若干個螺紋通孔10。螺釘式熱電偶3從墊板的溝槽端旋入，被緊固在螺紋通孔10內(nèi)。焊接過程中攪拌頭與工件2產(chǎn)生摩擦，在工件2的上表面的待測溫部位攻有螺紋孔(圖中被螺釘式熱電偶3遮住，故未指示)，螺釘式熱電偶3被固定安裝在螺紋孔內(nèi)。以上螺釘式熱電偶3與溫度采集器5連接，溫度采集器5通過數(shù)據(jù)傳輸線7將溫度信號傳輸?shù)接嬎銠C6中，并通過計算機中的數(shù)據(jù)處理軟件得到溫度變化曲線。
[0023]本實施例中，墊板1為矩形，墊板1的下底面8的溝槽9開在沿焊接方向的中心線上，即工件2沿焊接方向的中心線與墊板1的下底面8的溝槽9上下對應。螺釘式熱電偶3從墊板1的溝槽9端旋入，緊固在墊板1的螺紋通孔10內(nèi)時，要使螺釘式熱電偶3的頂端與墊板1上表面保持平齊。
[0024]本實施例中，將螺釘式熱電偶3緊固在工件2的螺紋孔處之前，將少許氧化鎂粉末灑在螺紋孔底部。
[0025]在滿足工件裝夾的前提下，將螺釘式熱電偶3緊固在墊板1的螺紋通孔10和工件2的螺紋孔內(nèi)，墊板1上的螺釘式熱電偶3的連接線由墊板1下表面8的溝槽9引出，然后將墊板1與工件2和焊接工作臺裝配，焊接過程中記錄熱電偶的溫度變化曲線。
[0026]測量具體包括以下步驟:
[0027]首先，將螺釘式熱電偶3從墊板1的溝槽9端旋入，緊固在墊板1的螺紋通孔10內(nèi)，安裝時，要保證螺釘式熱電偶3的頂端與墊板1上表面保持平齊，將螺釘式熱電偶3的連接線沿墊板1下表面8的溝槽9捋平并引出墊板1。
[0028]然后按照焊接的要求將工件2與墊板1預裝配，并使焊縫中心線與墊板下表面8的溝槽9中心線重合，把少許氧化鎂粉末12灑在工件2的螺紋孔底部，再將螺釘式熱電偶3緊固在工件2的螺紋孔內(nèi)，整理、捋平螺釘式熱電偶3的連接線，使其不受攪拌頭轉(zhuǎn)動和行走的影響。
[0029]然后將螺釘式熱電偶3的連接線與溫度采集器5連接，
[0030]最后，按照焊接的要求將工件2與墊板1緊密裝配，保證焊縫中心線與墊板1下表面8的溝槽9中心線重合，兩者一起固定在攪拌摩擦焊機的工作臺上，焊接過程中攪拌頭與工件產(chǎn)生摩擦，溫度采集器5通過數(shù)據(jù)傳輸線7將溫度信號傳輸?shù)接嬎銠C6中，通過計算機的數(shù)據(jù)處理軟件即可獲得所有熱電偶的溫度變化曲線。
【主權項】
1.一種鎂合金攪拌摩擦焊溫度場測量裝置，包括墊板(1 )、工件(2)、熱電偶、溫度采集器(5)和計算機(6);其特征在于:所述墊板(1)的下底面(8)開有溝槽(9)，溝槽內(nèi)沿長度方向分布若干個螺紋通孔(10)，熱電偶采用螺釘式熱電偶(3)，從墊板(1)的溝槽(9)端旋入，緊固在墊板(1)的螺紋通孔(10)內(nèi)，螺釘式熱電偶(3)的連接線通過溝槽(9)引出；所述工件(2)水平固定安裝在墊板(1)上，工件(2)沿焊接方向的中心線與墊板(1)的下底面(8)的溝槽(9)上下對應，在工件(2)上表面(13)的待測溫部位攻有螺紋孔，螺釘式熱電偶(3)固定在螺紋孔內(nèi)；所述墊板(1)和工件(2)上的螺釘式熱電偶(3)的連接線與溫度采集器(5)連接，溫度采集器(5)通過數(shù)據(jù)傳輸線(7)將溫度信號傳輸?shù)接嬎銠C(6)中，通過計算機內(nèi)的處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理并得到溫度變化曲線。2.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金攪拌摩擦焊溫度場測量裝置，其特征在于:螺釘式熱電偶(3)緊固在墊板(1)的螺紋通孔(10)內(nèi)時，螺釘式熱電偶(3)的頂端應與墊板上表面保持平齊。3.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金攪拌摩擦焊溫度場測量裝置，其特征在于:在工件(2)的螺紋孔底部有氧化鎂粉末。4.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金攪拌摩擦焊溫度場測量裝置，其特征在于:所述墊板(1)為矩形，溝槽內(nèi)的螺紋通孔(10)均勻分布。
【專利摘要】本實用新型涉及一種鎂合金攪拌摩擦焊溫度場測量裝置，該裝置由墊板、工件、螺釘式熱電偶、溫度采集器和計算機組成。為克服普通K型熱電偶在測量鎂合金攪拌摩擦焊溫度場時極易出現(xiàn)固定不穩(wěn)、測溫不準等問題，本實用新型采用螺釘式熱電偶測溫法，根據(jù)預先設定的溫度測量位置攻取螺紋孔，再將螺釘式熱電偶緊固在螺紋通孔內(nèi)，依據(jù)熱電偶測溫原理對鎂合金內(nèi)部和鎂合金底部的溫度進行有效實時測量。通過溫度采集器與計算機的連接，并結(jié)合相對應的數(shù)據(jù)處理軟件，可以對鎂合金攪拌摩擦焊接過程中的溫度數(shù)據(jù)進行事后顯示和實時監(jiān)測，為攪拌摩擦焊接工藝參數(shù)優(yōu)化提供指導。
【IPC分類】B23K20/233, B23K20/26, B23K20/12
【公開號】CN204954154
【申請?zhí)枴緾N201520486912
【發(fā)明人】汪維登, 鄧德安, 潘復生, 湯愛濤, 唐遠金, 朱飛, 冉洋
【申請人】重慶大學
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年7月8日