專利名稱：線性摩擦焊接模擬試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種模擬試驗(yàn)裝置，特別是涉及一種線性摩擦焊接模擬試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
線性摩擦焊接過程中，接頭界面的塑性金屬流動(dòng)行為、溫度場(chǎng)分布及熱 能傳遞與耗散規(guī)律對(duì)焊接接頭質(zhì)量將產(chǎn)生重要影響。若能獲得以上塑性金屬流動(dòng)行為、溫度場(chǎng)分布及熱能傳遞與耗散規(guī)律，將有助于控制線性摩擦焊接接頭的質(zhì)量。參照?qǐng)D3。公知的線性摩擦焊接裝置由直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、加壓機(jī)構(gòu)和焊件夾具三大部分組成。驅(qū)動(dòng)器18通過搖桿17帶動(dòng)由下夾具33固定在振動(dòng)板13上的焊件32，沿線性導(dǎo)軌15做左右直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；加壓機(jī)構(gòu)4通過加壓頭5給由上夾具30夾持的A焊件31施加下壓力。壓力作用下的A焊件31與做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的B焊件32緊密接觸摩擦，當(dāng)接頭界面金屬達(dá)到粘塑性狀態(tài)時(shí)，停止摩擦并由加壓機(jī)構(gòu)4施加頂鍛力，完成焊接。由于線性摩擦焊接過程中，在接頭界面的四周均有飛邊擠出，因此公知的線性摩擦焊接裝置，在焊接過程中只能獲得接頭外部的飛邊產(chǎn)生及溫度場(chǎng)演變過程，而無法獲得接頭界面的塑性金屬流動(dòng)行為、溫度場(chǎng)分布及熱能傳遞與耗散規(guī)律。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的線性摩擦焊接裝置焊接性能無法實(shí)時(shí)檢測(cè)的不足，本實(shí)用新型提供一種線性摩擦焊接模擬試驗(yàn)裝置。該裝置由加壓機(jī)構(gòu)、直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和可視化夾具三大部分組成，通過可視化夾具，可利用高速攝像儀和紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)記錄、檢測(cè)摩擦界面及其附近塑性金屬流動(dòng)形態(tài)以及溫度分布。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種線性摩擦焊接模擬試驗(yàn)裝置，包括底板3、加壓機(jī)構(gòu)4、加壓頭5、支撐架6、振動(dòng)板13、滑塊14、線性導(dǎo)軌15、導(dǎo)軌支架16、搖桿17和驅(qū)動(dòng)器18，振動(dòng)板13、滑塊14、線性導(dǎo)軌15、導(dǎo)軌支架16、搖桿17和驅(qū)動(dòng)器18組成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)器18和導(dǎo)軌支架16通過螺釘安裝固定在底板3上，底板3由螺釘緊固于機(jī)座2上；導(dǎo)軌支架16上安裝線性導(dǎo)軌15及滑塊14，滑塊14上面安裝振動(dòng)板13，驅(qū)動(dòng)器18的偏心軸通過搖桿17與振動(dòng)板13連接，加壓機(jī)構(gòu)4通過加壓頭5對(duì)試樣件9施加壓力，其特點(diǎn)是還包括可視化夾具，可視化夾具由安裝座7、膠木槽8、透明材料10、頂緊螺桿19和夾緊金屬塊20組成，并固定支撐架6上；安裝座7是一個(gè)前面開口的“回”型框，透明材料10置于安裝座7的凸沿上，U型結(jié)構(gòu)的膠木槽8將試樣件9扣住置于透明材料10上，由頂緊螺桿19通過夾緊金屬塊20頂緊夾持在安裝座7上，膠木槽8下端的兩側(cè)面倒45度開敞角；振動(dòng)板13上設(shè)置一導(dǎo)熱塊安裝座12，由螺釘緊固在振動(dòng)板13上，導(dǎo)熱塊安裝座12的正面開槽，導(dǎo)熱塊11置于槽中；導(dǎo)熱塊11的左右側(cè)面、后側(cè)面以及底面與導(dǎo)熱塊安裝座12接觸處設(shè)置絕熱擋塊21，其中底面和左側(cè)面的絕熱擋塊21是固定式；后側(cè)面和右側(cè)面的絕熱擋塊21是活動(dòng)式。[0007]所述試樣件9的材料是鉛金屬。所述透明材料10是藍(lán)寶石耐高溫玻璃。所述導(dǎo)熱塊11的材料是鋁金屬。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型由加壓機(jī)構(gòu)、直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和可視化夾具三大部分組成，通過可視化夾具，可利用高速攝像儀和紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)記錄、檢測(cè)摩擦界面及其附近塑性金屬流動(dòng)形態(tài)以及溫度分布。下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說明。

圖I是本實(shí)用新型線性摩擦焊接模擬試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I中A-A剖視放大圖。圖3是背景技術(shù)線性摩擦焊接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I-機(jī)身，2-機(jī)座，3-底板，4-加壓機(jī)構(gòu)，5-加壓頭，6_支撐架，7_安裝座，8-膠木槽，9-試樣件，10-透明材料，11-導(dǎo)熱塊，12-導(dǎo)熱塊安裝座，13-振動(dòng)板，14-滑塊，15-線性導(dǎo)軌，16-導(dǎo)軌支架，17-搖桿，18-驅(qū)動(dòng)器，19-頂緊螺桿，20-夾緊金屬塊，21-絕熱擋塊，30-上夾具，31-A焊件，32-B焊件，33-下夾具。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D2、圖3，本實(shí)用新型線性摩擦焊接模擬試驗(yàn)裝置由加壓機(jī)構(gòu)4、直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和可視化夾具組成?？梢暬瘖A具由安裝座7、膠木槽8、透明材料10、頂緊螺桿19和夾緊金屬塊20組成；安裝座7是一個(gè)前面開口的“回”型框，透明材料10置于安裝座7的凸沿上，膠木槽8將試樣件9扣住置于透明材料10上，由頂緊螺桿19通過夾緊金屬塊20頂緊夾持在安裝座7上。機(jī)身I與機(jī)座2固連，加壓機(jī)構(gòu)4固定在機(jī)身I的橫梁上，采用電動(dòng)伺服加壓方式，提供的壓力和下壓速率均可精確調(diào)節(jié)。線性導(dǎo)軌15及滑塊14、導(dǎo)軌支架16、振動(dòng)板13、搖桿17和驅(qū)動(dòng)器18組成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)器18和導(dǎo)軌支架16通過螺釘安裝固定在底板3上，底板3由螺釘緊固于機(jī)座2上；導(dǎo)軌支架16上安裝線性導(dǎo)軌15及滑塊14，滑塊14上面安裝振動(dòng)板13。驅(qū)動(dòng)器18為交流電機(jī)帶動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)器18的偏心軸通過搖桿17與振動(dòng)板13連接。這樣，當(dāng)交流電機(jī)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，偏心軸將隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，利用偏心結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)搖桿17帶動(dòng)振動(dòng)板13沿線性導(dǎo)軌15做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。交流電機(jī)由交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制，通過交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)交流電機(jī)的工作頻率和通過改變偏心軸的偏心距離，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)振動(dòng)頻率和振幅的調(diào)節(jié)。配合可視化夾具，在振動(dòng)板13上設(shè)置一導(dǎo)熱塊安裝座12，由螺釘緊固在振動(dòng)板13上，保證兩者之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此，當(dāng)交流電機(jī)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)際上是帶動(dòng)導(dǎo)熱塊11做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)熱塊安裝座12的正面開槽，以便快速裝卸導(dǎo)熱塊11 ;導(dǎo)熱塊安裝座12其余各內(nèi)側(cè)面均有絕熱擋塊，其中底面和左側(cè)為固定式絕熱擋塊；后側(cè)和右側(cè)為活動(dòng)式絕熱擋塊，分別由上下兩個(gè)長螺桿連接，便于調(diào)節(jié)絕熱擋塊位置。導(dǎo)熱塊安裝座12的上述結(jié)構(gòu)，既可防止導(dǎo)熱塊11與其安裝座12之間的傳熱，又可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱塊11的準(zhǔn)確定位及快速夾緊。在導(dǎo)熱塊11的正上方，是由支撐架6支撐的可視化夾具部分?？梢暬瘖A具由可視化夾具安裝座7、膠木槽8、試樣件9、透明材料10、夾緊金屬塊20和頂緊螺桿19組成。膠木槽8、試樣件9和透明材料10由頂緊螺桿19通過夾緊金屬塊20頂緊夾持在可視化夾具安裝座7上。膠木槽8為U型結(jié)構(gòu)，膠木槽8下端的兩側(cè)面倒45度開敞角。安裝調(diào)整過程中，在保證透明材料10的下端與導(dǎo)熱塊11的上表面之間不發(fā)生摩擦的同時(shí)，還要盡可能減小透明材料10的下端與導(dǎo)熱塊11的上表面之間的間隙。這樣，一方面可保證試樣件9在壓力作用下與導(dǎo)熱塊11接觸后，界面金屬只能沿膠木槽8的開敞角向兩邊擠出，以此模擬線性摩擦焊接時(shí)的兩側(cè)飛邊擠出過程；另一方面也便于觀察摩擦界面及其附近塑性金屬流動(dòng)的形態(tài)。試樣件9選用熔點(diǎn)約為327. 5° C的鉛金屬材料，為了保證試驗(yàn)時(shí)鉛金屬不熔化，導(dǎo)熱塊11的預(yù)熱溫度應(yīng)小于300° C。由此確定紅外測(cè)溫儀的最高測(cè)量溫度為300° C，試驗(yàn)使用美國FLIR公司SC7000型紅外測(cè)溫儀，該紅外測(cè)溫儀在小于300° C溫區(qū)對(duì)應(yīng)的波長小于5 μ m。所以透明材料10選用可穿透紅外波長為3 5 μ m的藍(lán)寶石耐高溫玻璃，透過透明材料10、使用SC7000型紅外測(cè)溫儀，可記錄、檢測(cè)摩擦界面及其附近塑性金屬流動(dòng) 時(shí)的溫度分布。試樣件9和膠木槽8的配合尺寸，應(yīng)保證其在裝配的時(shí)候不會(huì)因試樣件9的自身重量而下滑，便于導(dǎo)熱塊11的裝卸。導(dǎo)熱塊11選用導(dǎo)熱性好且相對(duì)試樣件9較硬的鋁金屬材料，試驗(yàn)過程中首先利用感應(yīng)加熱電源將導(dǎo)熱塊11預(yù)熱到290° C，然后快速將其固定，導(dǎo)熱塊11的熱量隨后由其上表面向與之接觸的試樣件9傳遞，由此模擬線性摩擦焊接頭的界面溫度。試驗(yàn)時(shí)，首先將裝在膠木槽8中的試樣件9，通過透明材料10和夾緊金屬塊20安裝夾緊于可視化夾具安裝座7，并保證加壓頭5和試樣件9對(duì)中；隨后將預(yù)熱到一定溫度的導(dǎo)熱塊11快速放進(jìn)導(dǎo)熱塊安裝座12中并頂緊；然后啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器18工作，帶動(dòng)導(dǎo)熱塊11沿線性導(dǎo)軌15做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)導(dǎo)熱塊11的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)后再啟動(dòng)加壓機(jī)構(gòu)4帶動(dòng)加壓頭5給試樣件9施加壓力，使試樣件9沿膠木槽8向下移動(dòng)并與導(dǎo)熱塊11接觸，開始模擬線性摩擦過程。試驗(yàn)過程中，透過膠木槽8前面的透明材料10，直接觀察到模擬線性摩擦焊接過程中焊縫界面及其附近塑性金屬的流動(dòng)形態(tài)；同時(shí)，利用高速攝像儀和紅外測(cè)溫儀記錄、檢測(cè)試樣件9與導(dǎo)熱塊11摩擦接觸界面及其附近塑性金屬流動(dòng)的形態(tài)以及溫度分布。
權(quán)利要求1.一種線性摩擦焊接模擬試驗(yàn)裝置，包括機(jī)座(2)、底板(3)、加壓機(jī)構(gòu)(4)、加壓頭(5)、支撐架(6)、振動(dòng)板(13)、滑塊(14)、線性導(dǎo)軌(15)、導(dǎo)軌支架(16)、搖桿(17)和驅(qū)動(dòng)器(18)，振動(dòng)板(13)、滑塊(14)、線性導(dǎo)軌(15)、導(dǎo)軌支架(16)、搖桿(17)和驅(qū)動(dòng)器(18)組成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)器(18)和導(dǎo)軌支架(16)通過螺釘安裝固定在底板(3)上，底板(3)由螺釘緊固于機(jī)座(2)上；導(dǎo)軌支架(16)上安裝線性導(dǎo)軌(15)及滑塊(14)，滑塊(14)上面安裝振動(dòng)板(13)，驅(qū)動(dòng)器(18)的偏心軸通過搖桿(17)與振動(dòng)板(13)連接，加壓機(jī)構(gòu)(4 )通過加壓頭(5 )對(duì)試樣件(9 )施加壓力，其特征在于還包括可視化夾具，可視化夾具由安裝座(7)、膠木槽(8)、透明材料(10)、頂緊螺桿(19)和夾緊金屬塊(20)組成，并固定支撐架(6)上；安裝座(7)是一個(gè)前面開口的“回”型框，透明材料(10)置于安裝座(7)的凸沿上，U型結(jié)構(gòu)的膠木槽(8)將試樣件(9)扣住置于透明材料(10)上，由頂緊螺桿(19)通過夾緊金屬塊(20)頂緊夾持在安裝座(7)上，膠木槽(8)下端的兩側(cè)面倒45度開敞角；振動(dòng)板(13 )上設(shè)置一導(dǎo)熱塊安裝座(12 )，由螺釘緊固在振動(dòng)板(13 )上，導(dǎo)熱塊安裝座(12 )的正面開槽，導(dǎo)熱塊(11)置于槽中；導(dǎo)熱塊(11)的左右側(cè)面、后側(cè)面以及底面與導(dǎo)熱塊安裝座(12)接觸處設(shè)置絕熱擋塊(21)，其中底面和左側(cè)面的絕熱擋塊(21)是固定式；后側(cè)面和右側(cè)面的絕熱擋塊(21)是活動(dòng)式。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線性摩擦焊接模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述試樣件(9)的材料是鉛金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線性摩擦焊接模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述透明材料(10)是藍(lán)寶石耐高溫玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線性摩擦焊接模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述導(dǎo)熱塊(11)的材料是鋁金屬。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種線性摩擦焊接模擬試驗(yàn)裝置，用于解決現(xiàn)有的線性摩擦焊接裝置焊接性能無法實(shí)時(shí)檢測(cè)的技術(shù)問題。技術(shù)方案是由加壓機(jī)構(gòu)、直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和可視化夾具三大部分組成，可視化夾具由安裝座(7)、膠木槽(8)、透明材料(10)、頂緊螺桿(19)和夾緊金屬塊(20)組成，安裝座(7)是一個(gè)前面開口的“回”型框，透明材料(10)置于安裝座(7)的凸沿上，U型結(jié)構(gòu)的膠木槽(8)將試樣件(9)扣住置于透明材料(10)上，由頂緊螺桿(19)通過夾緊金屬塊(20)頂緊夾持在安裝座(7)上。通過可視化夾具，可利用高速攝像儀和紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)記錄、檢測(cè)摩擦界面及其附近塑性金屬流動(dòng)形態(tài)以及溫度分布。
文檔編號(hào)B23K20/12GK202428112SQ201120514800
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2011年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月11日
發(fā)明者張勇, 李京龍, 溫國棟, 王英杰, 馬鐵軍, 高大路 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)