一種能降低攪拌摩擦焊接板材殘余應(yīng)力的方法及裝置制造方法及圖紙

一種能降低攪拌摩擦焊接板材殘余應(yīng)力的方法及裝置，其特征是在攪拌摩擦焊接用墊板上與焊縫相對(duì)位置處設(shè)置若干熱源點(diǎn)，該熱源點(diǎn)利用高頻感應(yīng)線圈加熱產(chǎn)生熱量，使熱源點(diǎn)產(chǎn)生的熱源與攪拌摩擦焊接過程產(chǎn)生的熱量相匹配，并使該熱量維持到整個(gè)焊接過程結(jié)束，降低攪拌頭焊接區(qū)域與已焊接區(qū)域之間的溫度梯度，在焊接完成后，控制熱源的產(chǎn)熱量，使焊接板材保溫，達(dá)到消除接頭內(nèi)的機(jī)械殘余應(yīng)力，減少、消除焊接接頭的殘余應(yīng)力。本發(fā)明專利技術(shù)能夠有效的降低/消除FSW接頭內(nèi)殘余應(yīng)力，提高板材FSW接頭質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

Method and device for reducing residual stress of friction stir welding plate

One can reduce the friction stir welding method and device of plate and residual stress, which is set to the number of hot spots in the friction stir welding pad on the position relative to the weld, the heat source heat generated by high frequency induction heating coil, heat generating heat generated by friction stir welding process and heat matching and, the heat to maintain the whole welding process is completed, the welding area and has reduced the stirring head welding temperature gradient between regions, after completion of welding in control of heat source heat production, the welding plate insulation, to eliminate ground mechanical residual stress in the head, to reduce and eliminate the residual stress of welded joints. The invention can effectively reduce / eliminate the residual stress in the FSW joint, improve the quality of the FSW joint and the production efficiency of the sheet metal, and reduce the production cost.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種能降低攪拌摩擦焊接板材殘余應(yīng)力的方法及裝置
本專利技術(shù)涉及一種攪拌摩擦焊接使用的裝置，尤其是一種能降低/消除攪拌摩擦焊接板材殘余應(yīng)力的裝置，具體地說是一種在攪拌摩擦焊中使用的墊板，通過該墊板的使用能夠降低/消除攪拌摩擦焊接板材殘余應(yīng)力。
技術(shù)介紹
攪拌摩擦焊（FSW）是1991年由英國(guó)焊接研究所（TheWeldingInstitute,TWI）專利技術(shù)的（US5460317）一種新型固相連接技術(shù)，該技術(shù)的原理是利用攪拌頭與材料的強(qiáng)烈摩擦和對(duì)軟化材料的攪拌作用，使焊縫連接區(qū)處于熱塑性狀態(tài)并使其趨于熔化、混合，隨著攪拌頭向前行進(jìn)，在攪拌頭的后方形成焊縫，完成固相連接。攪拌摩擦焊過程中，板材溫度分布不均勻?qū)е虏牧蠠嶙冃蔚漠a(chǎn)生；攪拌頭的機(jī)械作用導(dǎo)致板材塑性變形產(chǎn)生，所以在FSW過程中板材內(nèi)存在很大的殘余應(yīng)力。板材殘余應(yīng)力的存在極大降低了接頭的抗疲勞性能和抗腐蝕性能。為了降低接頭的殘余應(yīng)力，專利技術(shù)專利“攪拌摩擦焊接表面殘余應(yīng)力控制方法及裝置”（專利公開號(hào)：CN101774079B）涉及一種跟隨攪拌頭移動(dòng)的保溫箱，對(duì)處于焊接后的焊縫及母材進(jìn)行保溫，隨即進(jìn)入進(jìn)行隨爐冷卻，以此達(dá)到降低攪拌摩擦焊接表面的殘余應(yīng)力。然而，這種方法沒有減少殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，效率低下；由于受保溫箱的限制，該方法只適用于小型件和簡(jiǎn)單直線焊接的焊接，對(duì)大型件和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件效果不明顯。專利技術(shù)專利“一種攪拌摩擦焊裝置”（專利公開號(hào)：CN103433616B）涉及一種攪拌摩擦焊裝置，該裝置通過在工件焊縫上方設(shè)置深冷處理箱和低溫回火箱，通過冷熱循環(huán)處理降低焊接過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，提高焊接件的尺寸穩(wěn)定性，并改善其機(jī)械性能。然而，此種方法僅僅是降低了焊接過程中的熱應(yīng)力，對(duì)接頭內(nèi)其余應(yīng)力無效果，同時(shí)該方法過程、裝置都很復(fù)雜，極大的降低了焊接效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的針對(duì)現(xiàn)有的攪拌摩擦焊接技術(shù)普遍存在焊接應(yīng)力的問題，專利技術(shù)一種能降低攪拌摩擦焊接板材殘余應(yīng)力的方法，同時(shí)提供一種相應(yīng)的焊接墊板裝置。本專利技術(shù)主要是采用在焊接板材底部增加一個(gè)附加線性點(diǎn)狀熱源，通過對(duì)線性點(diǎn)狀熱源不同時(shí)刻產(chǎn)熱量的控制，使該附加熱源在焊接過程中與攪拌頭產(chǎn)生的熱源保持一致，減少由于攪拌頭產(chǎn)生熱不均勻?qū)е碌臍堄鄳?yīng)力產(chǎn)生。在已焊接區(qū)域保溫直至焊接過程完成，降低攪拌頭焊接區(qū)域與已焊接區(qū)域之間的溫度梯度，減少因?yàn)闊崽荻犬a(chǎn)生的殘余應(yīng)力。在焊接完成后，控制熱源的產(chǎn)熱量，使焊接板材保溫，達(dá)到消除接頭內(nèi)的機(jī)械殘余應(yīng)力的目的。從而減少/消除焊接接頭的殘余應(yīng)力。本專利技術(shù)的技術(shù)方案之一是：一種能降低攪拌摩擦焊接板材殘余應(yīng)力的方法，其特征是在攪拌摩擦焊接用墊板上與焊縫相對(duì)位置處設(shè)置若干熱源點(diǎn)，該熱源點(diǎn)利用高頻感應(yīng)線圈加熱產(chǎn)生熱量，使熱源點(diǎn)產(chǎn)生的熱源與攪拌摩擦焊接過程產(chǎn)生的熱量相匹配，并使該熱量維持到整個(gè)焊接過程結(jié)束，降低攪拌頭焊接區(qū)域與已焊接區(qū)域之間的溫度梯度，在焊接完成后，控制熱源的產(chǎn)熱量，使焊接板材保溫，達(dá)到消除接頭內(nèi)的機(jī)械殘余應(yīng)力，減少、消除焊接接頭的殘余應(yīng)力。所述的熱源點(diǎn)的熱量來源于高頻感應(yīng)線圈加熱鐵芯產(chǎn)生熱量的傳導(dǎo)，通過控制器控制所述的高頻感應(yīng)加熱器線圈把鐵芯從室溫(20℃)加熱到500℃所需時(shí)間為15s。所述的墊板上開有與熱源點(diǎn)數(shù)量相同的槽，槽的一端為墊板邊緣，另一端為高頻感應(yīng)加熱器線圈大小相適應(yīng)的圓弧，圓弧中心位于熱源點(diǎn)正下方，在開槽時(shí)以圓弧中心為圓點(diǎn)保留直徑與線圈大小和板材厚度相適應(yīng)圓柱體作為加熱鐵芯使用；高頻感應(yīng)加熱器線圈安裝在槽內(nèi)，高頻感應(yīng)加熱器線圈的尺寸與加熱要求相關(guān)，高頻感應(yīng)加熱器線圈由通冷卻水的銅管繞制而成，高頻感應(yīng)加熱器線圈與控制箱連接；在槽外側(cè)放置紅外測(cè)溫儀測(cè)量高頻感應(yīng)線圈加熱溫度，測(cè)溫點(diǎn)位于圓柱體距離墊板表面1-10mm處。所述的墊板為鋼板、鈦合金板、鎢合金板或鉬合金板。所述的熱源點(diǎn)的直徑大小由攪拌頭的大小決定，半徑范圍為0.1mm-100mm；熱源點(diǎn)的數(shù)量由需要焊接板材的長(zhǎng)度決定，范圍為1-100個(gè)；熱源點(diǎn)呈“一”字排開，兩個(gè)熱源點(diǎn)的間距范圍為5mm-500mm。所述的高頻感應(yīng)加熱線圈的尺寸與加熱要求相關(guān)，直徑為25mm-100mm，通冷卻水的銅管的外徑為10mm-30mm，內(nèi)徑為5mm-15mm，高頻感應(yīng)加熱線圈與控制箱連接。本專利技術(shù)的技術(shù)方案之二是：一種能降低攪拌摩擦焊接板材殘余應(yīng)力的裝置，它包括墊板1，其特征是所述的墊板1與焊縫相對(duì)位置處設(shè)有多個(gè)熱源點(diǎn)2，多個(gè)熱源點(diǎn)2呈一字排列；每個(gè)熱源點(diǎn)2由高頻感應(yīng)加熱線圈3加熱鐵芯而形成，高頻感應(yīng)加熱線圈3由控制器7控制其加熱功率和加熱時(shí)間；所述的鐵芯位于熱源點(diǎn)下部，由通冷卻水的銅管6形成的高頻感應(yīng)加熱線圈3纏繞在所述的鐵芯上，通冷卻水的銅管6的進(jìn)口段和出口段均位于槽4中，鐵芯由位于槽4一端的圓樁體5形成；在所述的槽4外安裝有紅外測(cè)溫儀8，紅外測(cè)溫儀8與控制器7電氣連接。所述的槽4位于墊板1的底面上，它的一端與墊板邊緣貫通，另一端與熱源點(diǎn)2相對(duì)，作為鐵芯的圓柱體5位于槽的另一端并熱源點(diǎn)相對(duì)；所述的圓柱體與墊板整體相連或焊接相連；槽4用于高頻感應(yīng)加熱線圈3的布線。所述的熱源點(diǎn)的直徑大小由攪拌頭的大小決定，半徑范圍為0.1mm-100mm；熱源點(diǎn)的數(shù)量由需要焊接板材的長(zhǎng)度決定，范圍為1-100個(gè)；兩個(gè)熱源點(diǎn)的間距范圍為5mm-500mm。所述的高頻感應(yīng)加熱線圈的尺寸與加熱要求相關(guān)，直徑為25mm-100mm，通冷卻水的銅管的外徑為10mm-30mm，內(nèi)徑為5mm-15mm。所述的紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫點(diǎn)位于圓柱體距離墊板表面1-10mm處。本專利技術(shù)的有益效果：使用本專利技術(shù)的攪拌摩擦焊接用墊板進(jìn)行攪拌摩擦焊接，能夠減小/消除焊接板材殘余應(yīng)力，提高板材焊接接頭性能，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的攪拌摩擦焊接。同時(shí)，使用本專利技術(shù)裝置進(jìn)行攪拌摩擦焊接不要額外的裝置和工序進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力消除，降低了生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率。附圖說明圖1為本專利技術(shù)示意圖。圖2為本專利技術(shù)具體實(shí)施例示意簡(jiǎn)圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例一。如圖1所示。一種能降低攪拌摩擦焊接板材殘余應(yīng)力的方法，其關(guān)鍵是在攪拌摩擦焊接用墊板上與焊縫相對(duì)位置處設(shè)置若干熱源點(diǎn)，該熱源點(diǎn)利用高頻感應(yīng)線圈加熱產(chǎn)生熱量，使熱源點(diǎn)產(chǎn)生的熱源與攪拌摩擦焊接過程產(chǎn)生的熱量相匹配，并使該熱量維持到整個(gè)焊接過程結(jié)束，降低攪拌頭焊接區(qū)域與已焊接區(qū)域之間的溫度梯度，在焊接完成后，控制熱源的產(chǎn)熱量，使焊接板材保溫，達(dá)到消除接頭內(nèi)的機(jī)械殘余應(yīng)力，減少、消除焊接接頭的殘余應(yīng)力。詳述如下：1、在鋼板1上沿長(zhǎng)度方向中心線上選擇熱源點(diǎn)2，熱源點(diǎn)2的大小由攪拌頭的大小決定，熱源點(diǎn)2的數(shù)量由需要焊接板材的長(zhǎng)度決定，熱源點(diǎn)呈“一”字排開，兩個(gè)熱源點(diǎn)的間距為5mm-500mm，最佳為20mm-200mm；熱源點(diǎn)的熱量來源于高頻感應(yīng)線圈3加熱鐵芯（即圓柱體5）產(chǎn)生熱量的傳導(dǎo)，高頻感應(yīng)加熱線圈3把鐵芯從室溫(20℃)加熱到500℃所需時(shí)間為15s。2、在墊板上開與熱源點(diǎn)數(shù)量相應(yīng)的槽4，槽4的一端為墊板邊緣，另一端為高頻感應(yīng)加熱線圈3大小相適應(yīng)的圓弧，圓弧中心位于熱源點(diǎn)2正下方，在開槽時(shí)以圓弧中心為圓點(diǎn)保留直徑與線圈大小和板材厚度相適應(yīng)圓柱體5作為加熱鐵芯使用。3、將高頻感應(yīng)加熱線圈3安裝在槽體4內(nèi)，高頻感應(yīng)加熱器線圈3的尺寸與加熱要求相關(guān)，直本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種能降低攪拌摩擦焊接板材殘余應(yīng)力的方法，其特征是在攪拌摩擦焊接用墊板上與焊縫相對(duì)位置處設(shè)置若干熱源點(diǎn)，該熱源點(diǎn)利用高頻感應(yīng)線圈加熱產(chǎn)生熱量，使熱源點(diǎn)產(chǎn)生的熱源與攪拌摩擦焊接過程產(chǎn)生的熱量相匹配，并使該熱量維持到整個(gè)焊接過程結(jié)束，降低攪拌頭焊接區(qū)域與已焊接區(qū)域之間的溫度梯度，在焊接完成后，控制熱源的產(chǎn)熱量，使焊接板材保溫，達(dá)到消除接頭內(nèi)的機(jī)械殘余應(yīng)力，減少、消除焊接接頭的殘余應(yīng)力。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種能降低攪拌摩擦焊接板材殘余應(yīng)力的方法，其特征是在攪拌摩擦焊接用墊板上與焊縫相對(duì)位置處設(shè)置若干熱源點(diǎn)，該熱源點(diǎn)利用高頻感應(yīng)線圈加熱產(chǎn)生熱量，使熱源點(diǎn)產(chǎn)生的熱源與攪拌摩擦焊接過程產(chǎn)生的熱量相匹配，并使該熱量維持到整個(gè)焊接過程結(jié)束，降低攪拌頭焊接區(qū)域與已焊接區(qū)域之間的溫度梯度，在焊接完成后，控制熱源的產(chǎn)熱量，使焊接板材保溫，達(dá)到消除接頭內(nèi)的機(jī)械殘余應(yīng)力，減少、消除焊接接頭的殘余應(yīng)力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的熱源點(diǎn)的熱量來源于高頻感應(yīng)線圈加熱鐵芯產(chǎn)生熱量的傳導(dǎo)，通過控制器控制所述的高頻感應(yīng)加熱器線圈把鐵芯從室溫(20℃)加熱到500℃所需時(shí)間為15s。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的墊板上開有與熱源點(diǎn)數(shù)量相同的槽，槽的一端為墊板邊緣，另一端為高頻感應(yīng)加熱器線圈大小相適應(yīng)的圓弧，圓弧中心位于熱源點(diǎn)正下方，在開槽時(shí)以圓弧中心為圓點(diǎn)保留直徑與線圈大小和板材厚度相適應(yīng)圓柱體作為加熱鐵芯使用；高頻感應(yīng)加熱器線圈安裝在槽內(nèi)，高頻感應(yīng)加熱器線圈的尺寸與加熱要求相關(guān)，高頻感應(yīng)加熱器線圈由通冷卻水的銅管繞制而成，高頻感應(yīng)加熱器線圈與控制箱連接；在槽外側(cè)放置紅外測(cè)溫儀測(cè)量高頻感應(yīng)線圈加熱溫度，測(cè)溫點(diǎn)位于圓柱體距離墊板表面1-10mm處。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的墊板為鋼板、鈦合金板、鎢合金板或鉬合金板;所述的高頻感應(yīng)加熱線圈的尺寸與加熱要求相關(guān)，直徑為25mm-100mm，通冷卻水的銅管的外徑為10mm-30mm，內(nèi)徑為5mm-15mm，高頻感應(yīng)加熱線圈與控制箱連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的熱源點(diǎn)的直徑大小由攪拌頭的大小決定，半徑范圍為0.1mm-100mm；熱源點(diǎn)的數(shù)量由需要焊接板材的長(zhǎng)度決定，范圍為1-100個(gè)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧永芳，楊斌，汪航，謝偉濱，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江西理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江西,36