一種攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板，包括墊板主體和設(shè)在該墊板主體下表面的溝槽，所述溝槽內(nèi)設(shè)有多個通孔；所述通孔內(nèi)設(shè)有熱電偶，且該熱電偶的測溫端穿過通孔設(shè)在被焊工件的測溫點(diǎn)處。本發(fā)明專利技術(shù)在滿足不同板厚、不同尺寸試板的裝夾要求的前提下，實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊接過程中溫度場測量，且可滿足不同位置測溫點(diǎn)的需要，為實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊溫度場的全面、可靠、準(zhǔn)確測量和表征提供了可能；能有效地防止焊接過程中焊件對接位置處由于塑性材料下陷導(dǎo)致焊縫成型不良的問題，保證了焊接質(zhì)量；結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，實(shí)用性強(qiáng)，在保證尺寸匹配的條件下，能適合不同材料、不同尺寸焊接的攪拌摩擦焊接及其溫度場測量。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于技術(shù)材料加工焊接
，尤其涉及攪拌摩擦焊接機(jī)的墊板。
技術(shù)介紹
攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding, FSW)作為一種先進(jìn)的固相連接技術(shù)，已經(jīng)在航空航天、軌道交通、造船、國防工業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。通常，在攪拌摩擦焊過程中攪拌摩擦焊設(shè)備會產(chǎn)生較大的摩擦力和頂鍛力，因此必須對焊件進(jìn)行嚴(yán)格的裝夾(包括對焊接背部的剛性支撐)，以保證焊接接頭的質(zhì)量。同時，攪拌摩擦焊是通過復(fù)雜的“熱一力耦合”作用來實(shí)現(xiàn)，焊接溫度場是與“熱一力耦合”最密切相關(guān)的參數(shù)，對焊接過程中的塑性流動、接頭最終組織與性能都有重要影響，也是攪拌摩擦焊數(shù)值模擬技術(shù)的基礎(chǔ)及重要研究內(nèi)容。S.Lu等人的研究(Thermal Cycle Characteristics of AM 50 Magnesium AlloyWelded by FSff [J].Key Engineering Materials, 2010, 419-420:533-536.)還表明，攬拌摩擦焊溫度場在焊件縱向、橫向及厚度三維方向上具有不對稱梯度分布的特征。因此，在攪拌摩擦焊的研究和應(yīng)用中，必須測量并分析研究焊接溫度場，尤其是包含焊核區(qū)、熱機(jī)影響區(qū)的軸肩范圍以內(nèi)的三維方向溫度場。焊接溫度場是指焊接過程中，某一時刻焊接接頭中的溫度分布。在實(shí)際研究和應(yīng)用中一般都是通過測量焊接熱循環(huán)曲線，即在焊接熱源作用下焊件上某點(diǎn)的溫度隨時間變化的曲線，進(jìn)而描繪焊接溫度場特征。也可直接從焊接熱循環(huán)曲線中提取加熱速度、最高加熱溫度、在相變溫度以上停留的時間和冷卻速度等重要參數(shù)，從而對攪拌摩擦焊的“熱一力耦合”過程及接頭組織與性能進(jìn)行分析研究。目前，主要是通過熱電偶或紅外測溫技術(shù)測量焊接熱循環(huán)曲線或焊接溫度場。紅外測溫是一種非接觸測溫技 術(shù)，一般只能測試焊件上表面的溫度；熱電偶因具有裝配簡單、更換方便、測量精度高、測量范圍大(一 270°C 2800°C)、熱響應(yīng)時間快等優(yōu)點(diǎn)，是焊接熱循環(huán)曲線或焊接溫度場的主要測量方法。但熱電偶必須通過接觸測溫，一般都是采用“自上而下”的方法，即在被焊試板上表面(或從上表面鉆孔至內(nèi)部某點(diǎn))固定布置熱電偶進(jìn)行測量。由于軸肩和攪拌針在攪拌摩擦焊的過程中對布置在軸肩范圍內(nèi)的熱電偶會產(chǎn)生破壞作用，現(xiàn)有的熱電偶測試方法只能獲取軸肩以外的焊接熱循環(huán)曲線或焊接溫度場，對軸肩范圍以內(nèi)的焊接溫度場則難以進(jìn)行完整、精確的測量。也有人采用沿焊接試板側(cè)面(即寬度方向)鉆孔的方式布置熱電偶測量軸肩范圍以內(nèi)的焊接溫度場，但因距離長、鉆孔定位不準(zhǔn)、熱偶固定難，并對試板破壞較大，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和焊接質(zhì)量等問題，且一次只能測試有限幾個點(diǎn)的溫度，故難以實(shí)施和推廣。由此可知，限于攪拌摩擦焊設(shè)備、焊接過程和熱電偶測溫的特點(diǎn)，為防止熱電偶被攪拌工具的軸肩和攪拌針?biāo)茐模F(xiàn)行的攪拌摩擦焊溫度場測試都主要集中在軸肩外沿的一定范圍內(nèi)，并采用“自上而下”——從試板上表面加工盲孔后將熱電偶固定的方法進(jìn)行測溫；即使在軸肩范圍內(nèi)布置熱電偶，也僅能真實(shí)地記錄熱電偶被攪拌工具破壞以前的溫度變化情況，因此并不能夠全面、如實(shí)地反映焊縫的溫度場，尤其是包含焊核區(qū)、熱機(jī)影響區(qū)的軸肩范圍以內(nèi)的焊接溫度場特點(diǎn)。此外，由于工裝夾具對空間的占用較大，限制了從試板上表面加工盲孔布置熱電偶的數(shù)量，導(dǎo)致一次焊接過程中能測量的溫度點(diǎn)也較少，為獲取一個工藝條件下的全面、系統(tǒng)的焊接溫度場，就必須重復(fù)進(jìn)行多次焊接實(shí)驗(yàn)，每次布置一組不同的測溫點(diǎn)，加大了實(shí)驗(yàn)工作量，并因每次施焊條件的偏差引起測量誤差。不難看出，現(xiàn)行的“自上而下”布置熱電偶的測溫方式受到了攪拌摩擦焊攪拌工具及裝夾條件的限制。若采用“自下而上”的方式，即從焊件的下表面布置熱電偶，則有可能減少攪拌工具及裝夾條件的影響，獲得更為全面的焊接溫度場數(shù)據(jù)。但攪拌摩擦焊對于焊件的工裝夾持要求十分嚴(yán)格(試板背面往往緊貼在焊接平臺上)，無法直接從下表面布置熱電偶。因此，本專利技術(shù)設(shè)計(jì)了一種底部開槽的攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板及其方法，以解決攪拌摩擦焊溫度場的測試難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)目的:針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本專利技術(shù)的目的是提供底部開槽的攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板，在有效地滿足試板裝夾要求的前提下，實(shí)現(xiàn)對包括軸肩范圍在內(nèi)的攪拌摩擦焊接頭焊接溫度場的測量，并可以有效防止焊接過程中塑性材料的下陷，保證焊接質(zhì)量。技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案:一種攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板，包括墊板主體和設(shè)在該墊板主體下表面的溝槽，所述溝槽內(nèi)設(shè)有多個通孔；所述通孔內(nèi)設(shè)有熱電偶，且該熱電偶的測溫端穿過通孔設(shè)在被焊工件的測溫點(diǎn)處。進(jìn)一步改進(jìn)，所述墊板主體中部設(shè)有焊縫對準(zhǔn)線，且通孔聚集在焊縫對準(zhǔn)線左右。進(jìn)一步的，沿所述焊縫對準(zhǔn)線設(shè)置的通孔為螺紋通孔，且所述螺紋通孔未設(shè)置熱電偶的部分均設(shè)有開槽平端緊定螺釘。進(jìn)一步的，所述被焊工件底部對應(yīng)通孔位置設(shè)有盲孔，所述熱電偶的測溫端通過電焊方式固定在盲孔底部。有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):在滿足不同板厚、不同尺寸試板的裝夾要求的前提下，可以滿足攪拌摩擦焊接過程中溫度場測量，尤其是對于焊接接頭軸肩部分溫度場的測量要求；墊板的設(shè)計(jì)可以滿足不同位置測溫點(diǎn)的需要，為實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊溫度場的全面、可靠、準(zhǔn)確測量和表征提供了可能；由于墊板能起到模板的作用，可有效保證各測溫點(diǎn)的位置的精準(zhǔn)度，有利于不同批次實(shí)驗(yàn)時，相對應(yīng)的測試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較；能有效地防止焊接過程中焊件對接位置處(即焊縫中心)由于塑性材料下陷導(dǎo)致焊縫成型不良的問題，保證了焊接質(zhì)量；結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，實(shí)用性強(qiáng)，在保證尺寸匹配的條件下，能適合不同材料、不同尺寸焊接的攪拌摩擦焊接及其溫度場測量。附圖說明圖1為本專利技術(shù)所述攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本專利技術(shù)所述專用墊板底部的結(jié)構(gòu)示意 圖3為本專利技術(shù)所述開槽平端緊定螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)示意 其中，墊板主體1、溝槽2、焊縫對準(zhǔn)線3、通孔4、開槽平端緊定螺釘5。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本專利技術(shù)，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本專利技術(shù)而不用于限制本專利技術(shù)的范圍，在閱讀了本專利技術(shù)之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本專利技術(shù)的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。參見圖1，本專利技術(shù)的一種底部開槽的攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板，包括墊板主體和開槽平端緊定螺釘。所述的墊板主體為矩形，其上底面和下底面具有一定平整度；溝槽與凸臺等間距地相間分布于墊板下底面，其中溝槽沿下底面的寬度方向(垂直攪拌摩擦焊的焊接方向)加工出來，下底面未加工溝槽的部分即為凸臺，溝槽具有一定尺寸與深度；通孔位于溝槽中間部分。其中，在墊板長度方向的中心位置設(shè)有焊縫對準(zhǔn)線，沿該焊縫對準(zhǔn)線上的通孔內(nèi)功有螺紋，而其他沿該焊縫對準(zhǔn)線中心對稱集中分布在其左右，且這些通孔沒有內(nèi)螺紋。所述的開槽平端緊釘螺釘?shù)闹睆脚c通孔的內(nèi)螺紋直徑相匹配，其頂端設(shè)有用于擰緊和松開的凹槽，其長度略小于墊板的厚度。墊板主體和開槽平端緊釘螺釘均采用不銹鋼制造，保證提供足夠的力學(xué)性能及耐磨、耐腐蝕性能。使用本專利技術(shù)的專用墊板時，按照以下方法對軸肩范圍內(nèi)的溫度場實(shí)施測量。首先按焊接的要求將被焊工件與上述專用墊板主體預(yù)裝配，并使焊縫中心線與墊板主體的焊縫對準(zhǔn)線重合。根據(jù)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板，其特征在于：包括墊板主體和設(shè)在該墊板主體下表面的溝槽，所述溝槽內(nèi)設(shè)有多個通孔；所述通孔內(nèi)設(shè)有熱電偶，且該熱電偶的測溫端穿過通孔設(shè)在被焊工件的測溫點(diǎn)處。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板，其特征在于:包括墊板主體和設(shè)在該墊板主體下表面的溝槽，所述溝槽內(nèi)設(shè)有多個通孔；所述通孔內(nèi)設(shè)有熱電偶，且該熱電偶的測溫端穿過通孔設(shè)在被焊工件的測溫點(diǎn)處。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板，其特征在于:所述墊板主體中部設(shè)有焊縫對準(zhǔn)線，且通孔聚集在焊縫對準(zhǔn)線左右...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蘆笙，楊代立，陳書錦，陳靜，
申請(專利權(quán))人：江蘇科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：