[发明专利]一种可实时测量焊接温度的静止轴肩搅拌摩擦焊

说明书

技术领域

本发明涉及一种可实时测量焊接温度的静止轴肩搅拌摩擦焊，具体是一种通过光纤传感器和红外测温仪实现对静止轴肩搅拌摩擦焊焊接温度场的分布进行实时监测的设备。

背景技术

搅拌摩擦焊是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。搅拌焊头是搅拌摩擦焊的关键和核心部件，主要有轴肩和搅拌针两部分构成。轴肩的主要作用是摩擦生热尽可能包拢塑性区金属，形成一个封闭的焊接环境，并带动周围材料的塑性流动以形成接头。在常规搅拌摩擦焊中，轴肩与被焊接材料之间的摩擦是主要的产热方式。静止轴肩搅拌摩擦焊是一种新型的搅拌摩擦焊技术，在焊接过程中，内部搅拌针处于旋转状态，而外部轴肩不转动，仅沿焊接方向行进。静止轴肩的存在，不但能减少飞边，同时抑制塑化材料从转动的搅拌针两侧挤出，防止孔洞等缺陷的形成。但是，无论是高转速、常规转速还是角焊缝的静止轴肩搅拌摩擦焊，都存在搅拌头的磨损和过热问题。

另外，焊接过程各项数据的实时检测是实现自动化与智能化的基础。提高焊接质量的关键，一是提高加热面温度场的均匀性，二是控制焊接过程中被焊接工件的升温与冷却速度。因此实时检测和控制焊接温度是焊接技术发展中的最重要的课题。近些年来，国内外的一些焊接工作者已经开展焊接温度检测方面的研究工作，但研究成果与实际应用差距较大，因而焊接温度场实时检测技术是焊接技术领域中急需解决的国际前沿课题之一。目前主流的温度检测方法主要是使用热电偶进行测量，这种方法只能在实验中使用，无法实现对每一块产品实行测量，也无法通过实时的状态监测对正在进行的焊接参数进行调整，实现闭环控制，优化焊接质量。

发明内容

针对目前焊接温度检测方法存在的问题，本发明提出一种设有焊接温度测量装置的静止轴肩搅拌摩擦焊。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种可实时测量焊接温度的静止轴肩搅拌摩擦焊，所述搅拌摩擦焊的静止轴肩上安装有焊接温度测量系统，所述焊接温度测量系统包括支撑环、用以测量搅拌头温度的热电偶和多个用以测量焊件温度的红外温度传感器，所述支撑环固定套装在静止轴肩上，各个红外温度传感器的光纤传感头均匀的环形分布固定在支撑环上并由光纤连接至控制柜，热电偶固定安装在支撑环上并通过导线连接至控制柜。

与现有技术相比较，本发明具备的有益效果：

本发明可以实现对静止轴肩搅拌摩擦焊焊接温度进行实时测量，并反馈到机床的控制部分，提高搅拌摩擦焊的焊缝质量。

附图说明

图1为本发明所述可实时测量焊接温度的静止轴肩搅拌摩擦焊的剖面图。

图中，1、静止轴肩、2、热电偶、3、光纤传感头、4、支撑环、5、小轴肩、6、搅拌针。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

一种可实时测量焊接温度的静止轴肩1搅拌摩擦焊，其特点在于，所述搅拌摩擦焊的静止轴肩1上安装有焊接温度测量系统，所述焊接温度测量系统包括支撑环4、用以测量搅拌头温度的热电偶2和多个用以测量焊件温度的红外温度传感器，所述支撑环4固定套装在静止轴肩1上，各个红外温度传感器的光纤传感头均匀的环形分布固定在支撑环4上并由光纤连接至控制柜，热电偶2固定安装在支撑环4上并通过导线连接至控制柜。

工作原理：

搅拌摩擦焊焊床工作时，搅拌针6及小轴肩5高速旋转，与焊材发生摩擦产生大量热，使焊材融化成半流体，冷却后两块焊材融合在一起。静止轴肩1与其上固定的焊接温度测量系统始终不发生旋转，但同机床主轴一同沿近给方向移动。静止轴肩1的下底面与焊材发生接触和摩擦，起到挤压焊材的作用。支撑环4的底面比大轴肩高1～10mm左右，以避免与焊材发生接触。焊接时，均匀分布在支撑环4上的多个光纤传感头同时采集材料自身发出的红外线，并通过光纤传递到控制柜内的红外温度传感器，将其转换为温度数据。根据对应的光纤传感头的位置可绘制出温度场随时间变化的情况，用于评价焊接的焊缝质量，并对焊缝的回火工序的温度及时间提供指导。根据各传感器反馈的温度情况，可以判断出焊接热影响区的大小，据此可以调整主轴的转速、进给速度等参数，提高焊缝质量，节约能耗，也可以对后续的回火工序提供参考。热电偶2用以测量搅拌头温度，防止搅拌头发生过热，并对磨损情况进行估计。