專利名稱：一種慣性摩擦焊接物理模擬實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摩擦焊接物理模擬試驗裝置，尤其是用于模擬慣性摩擦焊接頭的塑性金屬流動行為及對接頭溫度場監(jiān)測的慣性摩擦焊接物理模擬裝置。
背景技術(shù)：
慣性摩擦焊接技術(shù)是1962年由美國履帶車輛公司發(fā)明的一種固相連接技術(shù)。慣性摩擦焊接是摩擦焊接的一種，其中焊接所需的能源主要由焊接機(jī)上儲存的旋轉(zhuǎn)動能提供。在慣性焊接中，其中的一個工件連接到飛輪上，而另一個工件不旋轉(zhuǎn)。將飛輪加速到預(yù)定轉(zhuǎn)速以儲存所需的能量，然后把驅(qū)動馬達(dá)脫開并用頂鍛力把工件壓下互相摩擦。隨著飛輪速度的降低，旋轉(zhuǎn)飛輪所儲存的動能轉(zhuǎn)變?yōu)楹附用婺Σ翢崮埽媒饘俦砻婺Σ廉a(chǎn)生的熱量加熱工件，在頂鍛壓力作用下實現(xiàn)工件之間的永久連接。該焊接技術(shù)為焊接性能較差的沉淀高溫合金、高強(qiáng)鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等金屬材料的連接提供了一種可靠的連接技術(shù)，并且由于其具有接頭質(zhì)量好、適用范圍廣、焊件尺寸精度高、生產(chǎn)效率高和經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點被廣泛的應(yīng)用于航空、航天、列車、船舶和汽車制造等工業(yè)領(lǐng)域。已經(jīng)有大量報道涉及典型材料(鎳基沉淀強(qiáng)化高溫合金、粉末高溫合金、鈦合金等)的慣性摩擦焊接工藝研究及接頭組織、性能表征，還有少量關(guān)于焊縫溫度場分布、塑性金屬流動行為的研究。但是上述慣性摩擦焊接是在強(qiáng)烈熱-力耦合作用下，溫度場形成發(fā)展、應(yīng)力應(yīng)變場演變和塑性金屬形成、流動等方面相互作用的復(fù)雜過程。這就使得采用傳統(tǒng)的試驗方法和數(shù)值模擬研究很難揭示上述慣性摩擦焊接接頭的塑性金屬流動行為以及焊縫溫度場分布，研究誤差較大，對于慣性摩擦焊接過程中塑性金屬流動行為和溫度場分布仍不能得到滿意的結(jié)果。目前報道的有關(guān)研究慣性摩擦焊接頭金屬流動形態(tài)的試驗方法較少，主要是采用標(biāo)記示蹤法或焊后金相觀察的方法觀測金屬的流動，通過分析不同時刻的組織形貌特征來演繹流動特征。采用標(biāo)記示蹤法及金相觀察法可以觀察焊后的接頭金屬流動特征，但是無法觀察到焊接進(jìn)行中的接頭金屬流動形態(tài)。而目前監(jiān)測慣性摩擦焊接焊縫溫度場分布的方法主要有一是在焊縫固定端埋入熱電偶，通過數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行實時溫度數(shù)據(jù)的采集和存儲；二是采用紅外測溫儀測量焊縫的溫度。前者由于熱電偶反應(yīng)滯后因而不能實時反應(yīng)焊縫區(qū)的溫度；后者由于焊接過程的飛邊、飛濺等阻礙了紅外測溫儀對焊縫表面溫度的實時監(jiān)測，并且無法對焊縫內(nèi)部溫度場的變化進(jìn)行觀察。根據(jù)對相關(guān)文獻(xiàn)的檢索，尚沒有報道涉及慣性摩擦焊接物理模擬試驗裝置，因此，尋找一種工藝簡單、操作方便的研究慣性摩擦焊接頭塑性金屬流動行為以及焊縫溫度場分布的物理模擬試驗裝置成為本領(lǐng)域急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種慣性摩擦焊接物理模擬實驗裝置，可用于模擬慣性摩擦焊接頭金屬塑性流動行為以及焊縫溫度場分布的監(jiān)測，而且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。技術(shù)方案—種慣性摩擦焊接物理模擬實驗裝置，其特征在于包括基座1、軸2、皮帶盤3、托架4、加熱體5、固定塊6、壓頭7、皮帶8、透紅外材料10、膠木槽11、調(diào)節(jié)板12、調(diào)節(jié)螺母13、 驅(qū)動電機(jī)14和L型支架15 ；軸2通過軸承安裝在基座1的底座上，皮帶盤3通過銷釘固定在軸2的上端，皮帶盤3通過皮帶8連接驅(qū)動電機(jī)14 ；托架4通過螺釘固定在皮帶盤3上， 加熱體5安裝在托架4上；在加熱體5的上端設(shè)有固定塊6，固定塊6的一側(cè)設(shè)有T型槽； 固定塊6通過L形支架15固定在基座頂端；在固定塊6的T型槽內(nèi)設(shè)有透紅外材料10、膠木槽11和調(diào)節(jié)板12，透紅外材料10設(shè)置在T型槽的槽口，與槽口相對的一側(cè)為通過調(diào)節(jié)螺母13連接的調(diào)節(jié)板12 ；膠木槽11為凹形結(jié)構(gòu)，凹形面與透紅外材料10相對形成試件腔； 在膠木槽11的正上方設(shè)有能夠向下施壓的壓頭7，壓頭7的尺寸與試件腔相吻合。有益效果本發(fā)明提出的一種慣性摩擦焊接物理模擬實驗裝置，由頂塊、絕熱模腔、可視化紅外玻璃構(gòu)建的絕熱封閉實驗腔保證了慣性摩擦焊接過程中熱傳導(dǎo)的方向性，壓頭的下壓及加熱體的旋轉(zhuǎn)模擬了慣性摩擦焊接的頂鍛焊接過程，而利用紅外熱成像儀、高速攝像等相關(guān)設(shè)備經(jīng)由透紅外材料即可以實時觀測焊接過程中塑性金屬流動及該過程中的溫度分布。 采用本物理模擬實驗裝置可以實現(xiàn)模擬慣性摩擦焊接條件下對塑性金屬流動行為以及焊縫溫度場檢測，對于基礎(chǔ)研究非常有用。


圖1 為本發(fā)明的物理模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 為物理模擬裝置結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖3 圖2中A區(qū)域的放大圖；基座1、軸2、皮帶盤3、托架4、加熱體5、壓頭6、皮帶7、試件8、透紅外材料9、絕熱模腔10、調(diào)節(jié)板11、調(diào)節(jié)螺母12、驅(qū)動電機(jī)13。
具體實施例方式現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述參照附圖1，慣性摩擦焊接物理模擬實驗裝置包括基座1、軸2、皮帶盤3、托架4、加熱體5、固定塊6，壓頭7、皮帶8、試件9、透紅外材料10、膠木槽11、調(diào)節(jié)板12、調(diào)節(jié)螺母13、 驅(qū)動電機(jī)14、L型支架15。軸2通過軸承安裝在基座1的下部，皮帶盤3通過銷釘固定在軸2的頂端，托架4通過螺釘固定在皮帶盤3上，加熱體5安裝在托架4上，而加熱體5的上端緊挨著固定塊6的下端；固定塊6的一側(cè)設(shè)有T型槽，固定塊6由L形支架15固定在基座頂端；透紅外材料10、膠木槽11與調(diào)節(jié)板12通過調(diào)節(jié)螺母13裝卡在固定塊6的T型槽中；透紅外材料10處于固定塊6的T型槽的槽口，充當(dāng)觀察窗口 ；；膠木槽11為凹形結(jié)構(gòu)，凹形面與透紅外材料10相對形成試件腔；在膠木槽11的正上方設(shè)有能夠向下施壓的壓頭7，壓頭7的尺寸與試件腔相吻合。試件9放置在膠木槽11中，而膠木槽11緊挨在透紅外材料10之后；調(diào)節(jié)板12處于膠木槽11之后，可以通過安裝在固定塊6后端的調(diào)節(jié)螺母 13來控制調(diào)節(jié)板12頂緊固定塊6中的膠木槽11及透紅外材料10 ；驅(qū)動電機(jī)14倒置安裝在基座1的后端，通過皮帶8帶動皮帶盤3及固定在絕熱托架4上的加熱體5轉(zhuǎn)動；壓頭7 處于膠木槽11的正上方，由外載提供壓力，對膠木槽11中的試件9進(jìn)行壓縮；試件9被壓頭7壓縮后與加熱體5上端面接觸，并在接觸處發(fā)生塑性變形。實驗過程中，試件9在壓頭 7的作用下與加熱體5緊密接觸，同時加熱體5被加熱并由皮帶盤3帶動旋轉(zhuǎn)，試樣9在力及熱的作用下發(fā)生塑性變形流動，從透紅外材料10處即可觀測和記錄焊接過程中試件9在與加熱體5接觸面處金屬流動行為或利用紅外測溫儀可檢測試樣塑性金屬流動條件下的溫度場分布情況。 固定在基座后端的驅(qū)動電機(jī)，通過安裝在基座中下部的皮帶輪帶動上端的加熱體旋轉(zhuǎn)；在基座頂端形成的實驗腔為一個絕熱實驗腔；壓頭由外載提供向下壓力，對實驗腔中的試件進(jìn)行加壓；試樣裝卡在試件腔內(nèi)，通過壓頭對試件加壓，使試件在與實驗腔下端的加熱體端面接觸處發(fā)生塑性流動。試樣材料可以根據(jù)電機(jī)功率進(jìn)行調(diào)整，采用較低功率時可以選用鉛、錫、鉛錫合金等軟金屬，采用較高功率時可以選用鋅、鋁等相對較硬金屬。
權(quán)利要求
1. 一種慣性摩擦焊接物理模擬實驗裝置，其特征在于包括基座(1)、軸O)、皮帶盤 (3)、托架(4)、加熱體(5)、固定塊(6)、壓頭(7)、皮帶(8)、透紅外材料(10)、膠木槽(11)、 調(diào)節(jié)板(12)、調(diào)節(jié)螺母(13)、驅(qū)動電機(jī)(14)和L型支架(1 ；軸( 通過軸承安裝在基座 (1)的底座上，皮帶盤C3)通過銷釘固定在軸O)的上端，皮帶盤C3)通過皮帶(8)連接驅(qū)動電機(jī)(14)；托架⑷通過螺釘固定在皮帶盤⑶上，加熱體(5)安裝在托架⑷上；在加熱體(5)的上端設(shè)有固定塊(6)，固定塊(6)的一側(cè)設(shè)有T型槽；固定塊(6)通過L形支架 (15)固定在基座頂端；在固定塊(6)的T型槽內(nèi)設(shè)有透紅外材料(10)、膠木槽(11)和調(diào)節(jié)板(12)，透紅外材料(10)設(shè)置在T型槽的槽口，與槽口相對的一側(cè)為通過調(diào)節(jié)螺母(13)) 連接的調(diào)節(jié)板(1 ；膠木槽(11)為凹形結(jié)構(gòu)，凹形面與透紅外材料(10)相對形成試件腔； 在膠木槽(11)的正上方設(shè)有能夠向下施壓的壓頭(7)，壓頭(7)的尺寸與試件腔相吻合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種慣性摩擦焊接物理模擬實驗裝置，其特征在于軸通過軸承安裝在基座的底座上，皮帶盤通過銷釘固定在軸的上端，皮帶盤通過皮帶連接驅(qū)動電機(jī)；托架通過螺釘固定在皮帶盤上，加熱體安裝在托架上；在加熱體的上端設(shè)有固定塊，固定塊的一側(cè)設(shè)有T型槽；固定塊通過L形支架固定在基座頂端；在固定塊的T型槽內(nèi)設(shè)有透紅外材料、膠木槽和調(diào)節(jié)板，在膠木槽的正上方設(shè)有能夠向下施壓的壓頭，壓頭的尺寸與試件腔相吻合。本發(fā)明可用于模擬慣性摩擦焊接頭金屬塑性流動行為以及焊縫溫度場分布的監(jiān)測，而且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。
文檔編號B23K20/26GK102284783SQ20111010977
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者李京龍, 李文亞, 馬鐵軍, 高大路, 鮑宏偉 申請人:西北工業(yè)大學(xué)