[发明专利]一种双循环控温搅拌摩擦焊接装置及焊接方法

说明书

本发明公开了一种双循环控温搅拌摩擦焊接装置，属于搅拌摩擦焊接领域。包括搅拌头及用于装夹待焊材料的固定底板；所述固定底板内设有与其上表面贯通的下循环控温腔，所述下循环控温腔顶部用于放置待焊材料，以对所述待焊材料的下表面进行温度调节；所述固定底板上方设有上循环控温腔，以对所述待焊材料的上表面进行温度调节；所述上循环控温腔及下循环控温腔内用于存储流体控温媒介。本发明公开的上述焊接装置焊接时，通过分区循环控温调节，可使流体控温媒介与待焊材料上、下表面直接接触，进而实现热量的及时、高效传输，极大程度上减缓搅拌摩擦焊对于焊缝处温度过高造成的焊缝强度损失的问题，同时还可以实现待焊材料上、下表面的单独控温。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接领域，具体涉及双循环控温搅拌摩擦焊接装置及焊接方法。

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。

特别的，对于异种金属焊接，譬如AL、Mg的焊接来说，在两者的搅拌摩擦焊过程中，Al和Mg在较高的焊接温度作用下会发生反应生成脆性金属间化合物，且随着焊接温度升高，金属间化合物层的厚度越大，对于Al/Mg搅拌摩擦焊接头力学性能的不利影响越大。

针对上述问题，现有技术采用水下搅拌摩擦焊接技术，通过水带走焊接过程中产生的部分热量实现温度控制，可有效保证焊接处的强度，并且工件变形小，还能够在一定程度上解决搅拌头粘连的现象。但是，现有的水下搅拌摩擦焊接技术，待焊工件均为固定在底板上实现水下焊接，待焊工件的上表面能够得到较充分的冷却，温度降低幅度较大；而对于待焊工件下表面来说，水的流动性很小或几乎不流动，下表面的温度降低幅度小，降低焊接热导致的热损耗的作用较弱，对于接头的强度改善效果仍然有限。尤其对于铝/镁异种搅拌摩擦焊，进一步降低焊缝根部的温度，能够进一步提高整个接头的强度。

再者，现有技术还有通过上、下冷却板对待焊工件进行冷却，此种方式在待焊工件于冷却板之间存在间隙，此间隙对于热量传输来说会有很大的阻碍，传热效率低，对于待焊材料表面的散热效果明显弱于液体媒介。

针对上述问题，发明人提出本发明。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种双循环控温搅拌摩擦焊接装置及通过此种焊接装置进行焊接的方法，实现对待焊材料焊接过程中上下表面温度的分区循环控制，提高焊缝整体的结构强度。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种双循环控温搅拌摩擦焊接装置，包括搅拌头及用于装夹待焊材料的固定底板；其中所述固定底板内设有与其上表面贯通的下循环控温腔，所述下循环控温腔顶部用于放置待焊材料，以对所述待焊材料的下表面进行温度调节；所述固定底板上方设有上循环控温腔，以对所述待焊材料的上表面进行温度调节；所述上循环控温腔及下循环控温腔内用于存储流体控温媒介。

进一步地，所述下循环控温腔内设有用于支撑待焊材料焊缝的支撑体，所述支撑体内设有贯通腔体的一组媒介通道。

进一步地，所述媒介通道的横截面呈为三角形或四边形或圆形或其他形状。

进一步地，所述固定底板上设有一组流体控温媒介进出口，用于实现下循环控温腔内流体控温媒介的循环。

进一步地，所述固定底板顶部周围设有挡板，以形成所述上循环控温腔，所述上循环控温腔上方成开放状态，且焊接过程中所述流体控温媒介包络所述待焊材料。

进一步地，所述挡板上设有一组流体控温媒介进出口，用于实现上循环控温腔内流体控温媒介的循环。