[发明专利]焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置

说明书

技术领域

本发明是一种焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置，属于产品的结构技术领域，适用于焊接或热处理中环形及筒形构件旋转运动过程中温度的测量。

背景技术

随着焊接及热处理等热加工技术的发展，航空、航天、船舶、兵器、电子等行业复杂构件的制造技术得到迅速的发展。在构件的制造过程中，环形及筒形结构属于一种常见的、典型的结构形式。在焊接、热处理等热加工过程中，无法避免地要涉及到环形或筒形构件的旋转运动及必要的温度测试，甚至是基于加热温度控制的工艺调控，因此，温度测试和监控对于构件性能和技术水平的提高起着至关重要的作用。

目前，大部分热加工技术测温主要是采用测量环境气氛温度的方法，这种方法不适用于焊接、局部热处理及表面处理等局部加热技术。

在航空航天等领域，环形或鼓筒构件在热加工过程中迫切需要对温度进行监测，以便工艺调控和优化。特别是鼓筒类零件的电子束焊、激光焊等自动焊接及局部热处理工艺技术。

对于高温钛合金、钛铝合金以及超高强度钢等易裂材料的旋转构件，在激光、电子束焊接加工中，一般需要采用焊前电子束或激光预热来降低裂纹产生几率。但预热的温度需要严格控制，否则极易产生负面影响，降低接头力学性能。

对于近缝区母材表面涂覆、电镀或渗入了特殊功能物质的旋转构件，在焊接中除了严格控制焊缝宽度外，还需严格监控近缝区域的温度，以免影响焊缝和近缝区的组织、成分及性能。

上述实际的工程应用均是在旋转运动过程中进行热加工，旋转运动中需要保持测温传感器与构件的相对位置关系，因此，温度测试存在一定的难度。

为了提高温度测量的稳定性和精确性，一般采用接触式的热电偶测温。对于旋转构件的温度测试，需要解决运动中热电偶线或信号线与零件的相对位置关系问题，保持热电偶与测点紧密接触，热电偶不会因为受到较大的拉力而脱落、测温失效。

国外对于旋转构件的测温研究以美国为主。美国的OMEGA公司研发了热电偶测温电刷结构，在专用的旋转电机及减速器以及空心轴类工装辅助条件下，可实现旋转构件的测温。如图1所示，热电偶2的一端连接到工件1测点，另一端通过转盘3及空心轴4在外部减速器位置引出热电偶触点6与环形电刷7接触，从电刷引出信号线8连接到温度记录仪9；电机5带动转盘3、工件1、热电偶2及空心轴4转动，热电偶触点6与电刷7摩擦接触，将微弱的热电势信号输入到测温仪9进行测温。

这种方法设计相对巧妙，在旋转过程中通过触点间的相对摩擦接触，解决了热电偶与信号线的连接、测量信号的输出问题；保证了热电偶与工件紧密接触；通过空心轴的引出，可应用真空环境的热加工；特别适用于尺寸小、重量轻零件的热加工，如EDPVD制备叶片涂层等。

由于实际工程应用中旋转构件的测温难度较大，国内主要依靠工艺经验来进行热加工制造。因此，国内对于辅助测温装置的研发活动较少，成都发动机有限公司申请了一项关于“旋转式自动测温的装置”实用新型，用于测定发动机10运转中排气12的温度场，热电偶2不与发动机10构件直接相连。如图2所示，旋转支架11的转动，带动支架上的多个热电偶2运动，测量排出气体12的温度场。该专利主要涉及信号数据的采集传输设计、电机减速器结构的设计以及三叉旋转支架的设计。

国内自主研发及进口的先进的热加工设备，主要源于德国等欧洲国家，采用OMEGA电机、减速器组件的设备很少。目前，设备运动系统及工装设计与OMEGA测温装置的匹配性不好。由于采用接触式电刷结构，OMEGA测温装置受触点部位的接触压力、压紧程度及摩擦磨损等多种因素影响，输出的弱热电势信号稳定性和精确性较差，易产生波动，需要一定的外部补偿和调节；电刷的摩擦生热也会带来一定的测量误差；由于结构形式的限制，在一次热加工测温中，OMEGA测温装置一般采用一套电刷结构及一根热电偶，针对工件上的一点进行温度测量，对于多点温度测试及温度场的测量存在一定的难度；适用于小型零部件测温，对于日趋复杂化、大型化及整体化的构件，OMEGA测温装置是不适用的；对于OMEGA测温装置，需要设计专用的空心轴类工装，采用专用的电刷、电机、减速器，整体上价格较高，大概价格5000～7000美元。虽然OMEGA电刷式测温装置适用于小型零部件的热加工测温，具有一定的应用前景。随着热加工制造技术的发展和温度测量的高精度要求，该装置已无法满足更高的要求。