[实用新型]一种具有双面循环冷却效果的搅拌摩擦焊接装置

说明书

一种具有双面循环冷却效果的搅拌摩擦焊接装置，循环冷却板放置在下底板上，循环冷却板上放置焊接材料，焊接材料分为两块，两块焊接材料相互对接布置在循环冷却板上，通过下底板下定位键对焊接材料进行加工方向定位，通过上压板上定位键对焊接材料进行横向定位；定位键可在定位方向移动，定位键通过螺钉进行固定；上压板放置于焊接材料上，上压板分为两块，两块左右对称布置与焊接材料上；两块上压板之间含有搅拌区，搅拌头布置在搅拌区中；循环冷却板固定于下底板中，上冷却板装夹与上压板中，上冷却板上方填充冰块，冰块熔化后，从上冷却板与上压板之间的缝隙流出。本实用新型提高冷却液的利用率，从而提升焊接后材料的力学性能。

技术领域

本实用新型属金属材料加工领域，涉及一种具有双面循环冷却效果的搅拌摩擦焊接装置。

背景技术

搅拌摩擦焊接是一种固态塑化连接技术，主要利用带轴肩的搅拌头的高速旋转进行焊接。焊接过程中，在搅拌头和热传导的双重作用下，搅拌区域的晶粒组织得到细化，从而提高搅拌区域的力学性能。但焊接过程中，由于摩擦产生大量的热量，热量传导到非焊接区域，形成热影响区，造成晶粒组织粗化长大，产生热软化效应，降低焊接接头力学性能。拉伸实验过程中，由于热传导的影响，材料断裂通常发生在热影响区，而不是焊接区。

为了解决搅拌摩擦焊接的热软化效应，减小热量对焊接区域外的影响，从而提高焊接材料整体的力学性能。在焊接过程中，采取必要的冷却方式，对于削弱热软化效应、提高焊接接头的质量具有重要意义。国内外学者大多数使用液氮、干冰、冰水等冷却液进行冷却，但水冷是最为经济的冷却方式，且冰水可回收循环利用。因此，水冷得到广泛的使用。水冷又分为直接水冷和间接水冷两种方式，直接水冷易使材料变得脆，产生吸氢缺陷，影响焊接接头的性能。目前大多数水冷冷却装置只能对焊接材料的单面进行冷却，双面冷却较少，采用双面冷却的方式，能够提高冷却效率，从而削弱热传导的影响，提高材料整体的力学性能。

因此有必要设计一种具有双面循环冷却效果的搅拌摩擦焊接装置。

发明内容

为了削弱搅拌摩擦焊接产生的热软化效应和避免直接水冷引起的吸氢缺陷，本实用新型设计了一种具有双面循环冷却效果的搅拌摩擦焊接装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有双面循环冷却效果的搅拌摩擦焊接装置，所述装置包括下底板、上压板、上冷却板、固定轴、焊接材料、搅拌头、循环冷却板和定位键，所述循环冷却板放置在下底板上，循环冷却板上放置焊接材料，焊接材料分为两块，两块焊接材料相互对接布置在循环冷却板上，通过下底板下定位键对焊接材料进行加工方向定位，通过上压板上定位键对焊接材料进行横向定位；定位键可在定位方向移动，定位键通过螺钉进行固定；

所述上压板放置于焊接材料上，上压板分为两块，两块左右对称布置与焊接材料上，上压板弧形部分便于搅拌头通过，上压板内部为弧形结构，用于增大冰块与冷却板的接触面积，上压板可进行横向定位；所述固定轴用于法向定位，将下底板和上压板进行法向定位；

两块上压板之间含有搅拌区，所述搅拌头布置在搅拌区中，上压板弧形结构设计便于搅拌头通过：

循环冷却板固定于下底板中，上冷却板装夹与上压板中，上冷却板上方填充冰块，冰块熔化后，从上冷却板与上压板之间的缝隙流出。

进一步，所述循环冷却板采用‘S’型结构设计，分为三层结构，第一层距离焊接材料最近，吸收热量最多，冷却效果最佳，冷却液先后经过三层结构进行冷却；每层结构都采用孔状结构设计。这种结构设计不仅能满足支撑的要求，而且可以增大冷却液与接触面积，冷却液经过三次冷却后流出，提高冷却液的利用率。冷却完成后，冷却液从溢出孔流出。

更进一步，所述循环冷却板和上冷却板的材料都是铜，采用铜为基本导热材料，利用铜的导热系数大、比热容小的特性，可以增大导热效果，加快冷却速率，从而达到快速冷却的目的。