[发明专利]一种抑制FSW接头δ相的双面微通道散热器及使用方法

说明书

本发明公开了一种抑制FSW接头δ相的双面微通道散热器及使用方法，包括上微通道散热器、下微通道散热器、与微通道散热器相连的推杆和输送纳米流体的管道，微通道散热器侧面设有微通道，微通道与输送纳米流体的管道相连，微通道散热器装置通过推杆与搅拌摩擦焊主轴相连，沿焊接方向同步移动，底面与焊件表面充分接触以实现热传导，对仍处于高温的焊缝进行散热降温，有效降低焊缝的峰值温度，此外，在散热器内部开设的微通道内通纳米流体进行强制散热降温。本发明抑制δ铁素体生成，减少焊缝过热，细化焊缝晶粒，提高组织均匀性，减少或消除焊接接头的残余应力和变形，达到改善焊接接头质量、提高接头综合性能的目的。

技术领域

本发明涉及一种用于抑制低活化马氏体(RAFM)钢搅拌摩擦焊(FSW)焊接接头δ铁素体生成的双面微通道散热器装置，可用于对搅拌摩擦焊焊件的精准降温和质量控制，属于机械控制技术及材料工程领域。

背景技术

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)是一种新型的固相连接技术，克服了传统熔焊方法容易产生裂纹和气孔等焊接缺陷的问题，使得以往难于熔焊的某些材料实现了优质的焊接。在RAFM钢FSW过程中，搅拌头高速旋转与工件摩擦产生的热量使待焊试板发生局部塑性变形，温度可高达1100℃以上，进入到δ铁素体相区，因而易形成高温δ铁素体，从而降低了焊缝的力学性能，影响了RAFM钢接头的可靠性。常规条件的搅拌摩擦焊都是在空气等环境介质下进行的。这就决定了它们在焊接过程中难以迅速吸收摩擦热以及塑性变形热，不利于焊缝的快速冷却，不能使焊接热循环曲线迅速穿过δ铁素体的形成温度区间。

目前，有研究者通过引入冷却介质的方式来改变焊接热循环以及温度场分布状况，从而达到改善搅拌摩擦焊焊缝成形、提高接头力学性能的效果。其中，较为常见方法是采用浸入式搅拌摩擦焊(专利申请号：20089208844.1、20089072037.4)和固态热沉式搅拌摩擦焊(专利申请号：201310555279.5)。对于浸入式搅拌摩擦焊而言，整个焊接过程都是在水中完成的，利用水冷作用使焊接接头强制冷却。固态热沉式搅拌摩擦焊则对焊缝进行冷却，可以实现冷却介质与焊缝不直接接触条件下的干式冷却。但该装置采用冷却水管的方式进行单面冷却，冷却效果相对有限且极易导致焊接接头上下两面的冷却速度不一样，同时也无法实现精准降温，不能使RAFM钢焊接温度场快速通过δ铁素体的形成温度区间。

由此可见，强制冷却的引入虽然有利于改善焊接接头的微观组织和力学性能，进而控制接头应力和变形，但一般的“湿法”冷却方式，都可能存在焊缝吸氢和材料腐蚀等问题，而且相关装置比较复杂、不易操作。另外，虽存在有关搅拌摩擦焊的“干法”冷却装置的设计与应用的发明，但无法实现对焊接接头处于高温阶段时的精准降温，且不能使RAFM钢在焊接过程中焊接热循环曲线迅速穿过δ铁素体的形成温度区间。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种抑制FSW接头δ相的双面微通道散热器及使用方法，实现对搅拌摩擦焊焊件的精准降温和质量控制，解决“湿法”冷却需要复杂的配套设备和技术条件、操作较复杂等问题，并从根本上消除“湿法”冷却导致的焊缝增氢、材料腐蚀等缺陷。同时解决了一般的“干法”冷却效果相对有限且焊缝两面的冷却速度不一样等问题，实现快速通过δ铁素体的形成温度区间，从而抑制δ铁素体生成，达到提高焊接质量的目的。

本发明采用的技术方案：一种抑制FSW接头δ相的双面微通道散热器，包括上微通道散热器、下微通道散热器、推杆、输送纳米流体的管道、焊机主轴、搅拌工具和试板；

所述试板的上面和下面分别设有上微通道散热器和下微通道散热器，上微通道散热器和下微通道散热器均通过推杆与焊机主轴相连，焊机主轴上设有搅拌工具；

所述上微通道散热器包括上底面、下底面和侧面，上微通道散热器内部与焊接方向垂直的方向开设有微通道，微通道贯穿于两侧面，微通道与输送纳米流体的管道相连，上底面设有用于安装推杆的安装孔；