專利名稱：一種攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板的制作方法
技術領域：
本發明屬于技術材料加工焊接技術領域，尤其涉及攪拌摩擦焊接機的墊板。
背景技術：
攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding, FSW)作為一種先進的固相連接技術，已經在航空航天、軌道交通、造船、國防工業等領域獲得了廣泛的應用。通常，在攪拌摩擦焊過程中攪拌摩擦焊設備會產生較大的摩擦力和頂鍛力，因此必須對焊件進行嚴格的裝夾(包括對焊接背部的剛性支撐)，以保證焊接接頭的質量。同時，攪拌摩擦焊是通過復雜的“熱一力耦合”作用來實現，焊接溫度場是與“熱一力耦合”最密切相關的參數，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，也是攪拌摩擦焊數值模擬技術的基礎及重要研究內容。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用中，必須測量并分析研究焊接溫度場，尤其是包含焊核區、熱機影響區的軸肩范圍以內的三維方向溫度場。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。在實際研究和應用中一般都是通過測量焊接熱循環曲線，即在焊接熱源作用下焊件上某點的溫度隨時間變化的曲線，進而描繪焊接溫度場特征。也可直接從焊接熱循環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，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行分析研究。目前，主要是通過熱電偶或紅外測溫技術測量焊接熱循環曲線或焊接溫度場。紅外測溫是一種非接觸測溫技 術，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)、熱響應時間快等優點，是焊接熱循環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部某點)固定布置熱電偶進行測量。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的熱電偶會產生破壞作用，現有的熱電偶測試方法只能獲取軸肩以外的焊接熱循環曲線或焊接溫度場，對軸肩范圍以內的焊接溫度場則難以進行完整、精確的測量。也有人采用沿焊接試板側面(即寬度方向)鉆孔的方式布置熱電偶測量軸肩范圍以內的焊接溫度場，但因距離長、鉆孔定位不準、熱偶固定難，并對試板破壞較大，從而影響實驗結果的準確性和焊接質量等問題，且一次只能測試有限幾個點的溫度，故難以實施和推廣。由此可知，限于攪拌摩擦焊設備、焊接過程和熱電偶測溫的特點，為防止熱電偶被攪拌工具的軸肩和攪拌針所破壞，現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，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行測溫；即使在軸肩范圍內布置熱電偶，也僅能真實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、如實地反映焊縫的溫度場，尤其是包含焊核區、熱機影響區的軸肩范圍以內的焊接溫度場特點。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量，導致一次焊接過程中能測量的溫度點也較少，為獲取一個工藝條件下的全面、系統的焊接溫度場，就必須重復進行多次焊接實驗，每次布置一組不同的測溫點，加大了實驗工作量，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據。但攪拌摩擦焊對于焊件的工裝夾持要求十分嚴格(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，本發明設計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。
發明內容
發明目的:針對上述現有存在的問題和不足，本發明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，實現對包括軸肩范圍在內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，保證焊接質量。技術方案:為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案:一種攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板，包括墊板主體和設在該墊板主體下表面的溝槽，所述溝槽內設有多個通孔；所述通孔內設有熱電偶，且該熱電偶的測溫端穿過通孔設在被焊工件的測溫點處。進一步改進，所述墊板主體中部設有焊縫對準線，且通孔聚集在焊縫對準線左右。進一步的，沿所述焊縫對準線設置的通孔為螺紋通孔，且所述螺紋通孔未設置熱電偶的部分均設有開槽平端緊定螺釘。進一步的，所述被焊工件底部對應通孔位置設有盲孔，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:與現有技術相比，本發明具有以下優點: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；墊板的設計可以滿足不同位置測溫點的需要，為實現攪拌摩擦焊溫度場的全面、可靠、準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的位置的精準度，有利于不同批次實驗時，相對應的測試點實驗結果的比較；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致焊縫成型不良的問題，保證了焊接質量；結構簡單，制作方便，實用性強，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。
圖1為本發明所述攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板的結構示意 圖2為本發明所述專用墊板底部的結構示意 圖3為本發明所述開槽平端緊定螺釘的結構示意 其中，墊板主體1、溝槽2、焊縫對準線3、通孔4、開槽平端緊定螺釘5。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。參見圖1，本發明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有焊縫對準線，沿該焊縫對準線上的通孔內功有螺紋，而其他沿該焊縫對準線中心對稱集中分布在其左右，且這些通孔沒有內螺紋。所述的開槽平端緊釘螺釘的直徑與通孔的內螺紋直徑相匹配，其頂端設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性能及耐磨、耐腐蝕性能。使用本發明的專用墊板時，按照以下方法對軸肩范圍內的溫度場實施測量。首先按焊接的要求將被焊工件與上述專用墊板主體預裝配，并使焊縫中心線與墊板主體的焊縫對準線重合。根據軸肩范圍內所需測溫點的布置方案，通過墊板溝槽上的通孔在被焊工件的下底面上標出一組待測溫點的位置，在這些標記位置處由焊件下表面向試板垂直鉆出所需深度的盲孔。然后，將熱電偶的測溫端經由待測點對應的通孔引出墊板的上表面，通過專用點焊機將熱電偶的測溫端一一固定在焊件待測點位置；再將熱電偶沿墊板下底面的溝槽排布、捋平并引出墊板，將熱電偶的冷端與專用記錄設備連接。當待測溫度點的熱電偶都一一固定布置好后，用開槽平端緊定螺釘將墊板中心線上未布置熱電偶的通孔擰緊封閉，并使螺釘的末端與墊板的上表面平齊。最后，按焊接的要求將被焊工件與專用墊板緊密裝配，保證焊縫中心線與墊板主體中心線重合，兩者一起固定于攪拌摩擦焊設備的焊接平臺。焊接過程中，由專用設備記錄所有熱電偶的溫度變化曲線，即焊接熱循環曲線。
需要說明的是，采用上述專用墊板和測溫方法，通過改變測溫點布置方案，(即改變測溫點沿焊縫中心線、沿垂直焊縫中心線、沿板厚的三維尺寸位置)，可以測量對應于墊板通孔的所有焊件位置處(包括軸肩范圍內和軸肩范圍以外)的焊接熱循環曲線，從而通過有限次的測試實驗，獲得三維方向上焊接溫度場的全面信息。同時，也可以通過采用本發明的專用墊板，結合使用目前通用的“自上而下”布置熱電偶的測溫方式測量軸肩范圍以外的溫度場，而采用本發明的方法測量軸肩范圍以內的溫度場，拓展本發明的應用，并提高攪拌摩擦焊溫度場測試方法的柔性和方便性。盡管結合附圖1對本發明的實施進行了如上表述，但其不得解釋為對本發明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節上做出各種變化。
權利要求
1.一種攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板，其特征在于:包括墊板主體和設在該墊板主體下表面的溝槽，所述溝槽內設有多個通孔；所述通孔內設有熱電偶，且該熱電偶的測溫端穿過通孔設在被焊工件的測溫點處。
2.根據權利要求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有焊縫對準線，且通孔聚集在焊縫對準線左右。
3.根據權利要求2所述攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板，其特征在于:沿所述焊縫對準線設置的通孔為螺紋通孔，且所述螺紋通孔未設置熱電偶的部分均設有開槽平端緊定螺釘。
4.根據權利要求1所述攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板，其特征在于:所述被焊工件底部對應通孔位置設有盲孔，所述熱電偶 的測溫端通過電焊方式固定在盲孔底部。
全文摘要
本發明公開了一種攪拌摩擦焊溫度場測量專用墊板，包括墊板主體和設在該墊板主體下表面的溝槽，所述溝槽內設有多個通孔；所述通孔內設有熱電偶，且該熱電偶的測溫端穿過通孔設在被焊工件的測溫點處。本發明在滿足不同板厚、不同尺寸試板的裝夾要求的前提下，實現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的需要，為實現攪拌摩擦焊溫度場的全面、可靠、準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致焊縫成型不良的問題，保證了焊接質量；結構簡單，制作方便，實用性強，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。
文檔編號G01K7/04GK103212783SQ20131015784
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月28日 優先權日2013年4月28日
發明者蘆笙, 楊代立, 陳書錦, 陳靜 申請人:江蘇科技大學