[发明专利]一种搅拌摩擦焊的冷却系统及其使用方法

说明书

本发明公开了一种搅拌摩擦焊的冷却系统，包括：用于固定待焊接的工件的固定台；第一喷液部和第二喷液部，第一喷液部和第二喷液部均在固定台的上下两侧设有若干个能够连接冷却液源的喷嘴，位于固定台上下两侧的喷嘴的喷液方向上下相对；第一喷液部的喷嘴为单孔喷嘴，所述第二喷液部的喷嘴为多孔喷嘴；调控装置，其包括角度调控部和高度调控部，角度调控部能够调控第一喷液部和/或第二喷液部的喷嘴的角度，高度调控部能够调控第一喷液部和/或第二喷液部的喷嘴的高度。本发明还提供一种冷却系统的使用方法，其能精准控制冷却速度，使得中厚工件在搅拌摩擦焊时厚度方向上能够快速降温并且温度分布均匀，从而获得良好的力学性能。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊技术领域，尤其涉及一种搅拌摩擦焊的冷却系统及其使用方法。

背景技术

搅拌摩擦是一种独特的焊接技术，其焊接头包括主轴、轴肩和旋转的搅拌头，搅拌头外径小于轴肩，焊接过程大致为利用搅拌头伸入工件的接缝处，轴肩贴合在工件表面；通过搅拌头的高速旋转与工件摩擦，使工件被摩擦的部位温度升高而软化，同时对软化的部位进行搅拌，最终完成工件接缝处的连接；轴肩与工件表面摩擦生热，可以防止塑性状态材料的溢出并清除表面氧化膜。由于搅拌摩擦具有残余应力低、焊接工件不易变形、操作过程方便实现机械化和自动化、成本较低、焊接过程安全无毒无污染等优点，因此在很多领域中具备重要的价值。

但是对于钢、钛合金等容易在焊接过程发生组织相变的金属工件而言，搅拌摩擦产生的金属变形、微观组织演变及最终的力学性能具有重要的影响。当焊接的金属板厚度为5－20mm的中厚板时，往往出现面向焊接头的上层温度最高，沿着厚度方向温度逐渐降低，具有明显的温度差异和不均匀性，温度差异主要可以存在于工件的表面与中心之间和上下两个表面之间，这种温度差异在导热系数小的材料中更为明显，对焊接后接头的组织性能产生了极大的不良影响。

目前，在搅拌摩擦焊领域中，存在着一些采用喷出冷却液/冷却气来对焊缝表面进行降温的方式，但是这些技术对焊缝中心和下表面的温度分布影响有限；且在控制上难以实现冷却速度的精细精准控制，因而无法实现厚度上焊接温度场的均匀分布。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种搅拌摩擦焊的冷却系统及其使用方法，其能精准控制冷却速度，使得中厚工件在搅拌摩擦焊时厚度方向上能够快速降温并且温度分布均匀，从而获得良好的力学性能。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种搅拌摩擦焊的冷却系统，包括：

固定装置，其包括固定台，所述固定台用于固定待焊接的工件；

喷液装置，其包括第一喷液部和第二喷液部，所述第一喷液部和第二喷液部均在所述固定台的上下两侧设有若干个能够连接冷却液源的喷嘴，位于所述固定台上下两侧的喷嘴的喷液方向上下相对；所述第一喷液部的喷嘴为单孔喷嘴，所述第二喷液部的喷嘴为多孔喷嘴；

调控装置，其包括角度调控部和高度调控部，所述角度调控部能够调控所述第一喷液部和/或第二喷液部的喷嘴的角度，所述高度调控部能够调控所述第一喷液部和/或第二喷液部的喷嘴的高度。

本发明中的摩擦搅拌焊的冷却装置主要针对中厚板材在焊接过程中，厚度方向上的温度分布出现明显差异的现象。其中，固定台将待焊接的工件固定起来，避免在后续喷液过程中发生位移。