本發(fā)明涉及懸浮對稱式單軸肩測溫及單雙軸肩通用型測力裝置，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

攪拌摩擦焊技術(shù)(Friction Stir Welding，簡稱FSW)是由英國焊接研究所(TWI)在1991年發(fā)明的一項專利焊接技術(shù)。攪拌摩擦焊屬于固相連接，與傳統(tǒng)摩擦焊接及其他焊接方法相比，攪拌摩擦焊具有很多常規(guī)熔化焊所不具備的優(yōu)點，是一種環(huán)保型連接方法。自其發(fā)明至今，該項技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、汽車和電力等行業(yè)。

無論是傳統(tǒng)的單軸肩攪拌摩擦焊還是新興的雙軸肩攪拌摩擦焊，攪拌摩擦焊接時攪拌頭和待連接工件之間的相互作用，攪拌區(qū)域熱量的產(chǎn)生會使得攪拌過程溫度上升，而焊接過程中溫度場的分布會直接影響材料的微觀結(jié)構(gòu)，比如晶粒大小和邊界、沉積物的特性等，最終影響接頭的性能。因此，能夠正確掌握整個FSW焊接過程中接頭受力狀況以及溫度場分布，對FSW的接頭性能的研究具有極其重要的作用。雖然已經(jīng)有了二十多年的研究及發(fā)展歷史，目前仍然尚未對其形成系統(tǒng)、全面、深入的認識。就雙軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)而言，還是一種不成熟的新技術(shù)，產(chǎn)熱方面，雙軸肩對待焊區(qū)域上下表面的雙重作用效果及效率明顯區(qū)別于單軸肩；受力方面，雙軸肩攪拌摩擦焊接雖然并不需要依靠焊接設(shè)備提供很大的軸向力，但在焊接過程中攪拌針承受著焊接方向巨大的行進阻力和側(cè)向壓力，攪拌針屬于整個雙軸肩焊具中最為薄弱的環(huán)節(jié)，因此攪拌針的受力情況值得研究和探索。

目前，在國內(nèi)外，同時在常規(guī)單軸肩攪拌摩擦焊焊接過程中進行焊縫溫度測量與三向力測量的研究鮮有報道，另外，關(guān)于雙軸肩攪拌摩擦焊的研究還剛剛起步，在試驗中的裝夾也并不是特別規(guī)范，也不能很好地實現(xiàn)焊接過程中行進阻力與側(cè)向壓力的測量。雙軸肩攪拌摩擦技術(shù)是在單軸肩攪拌摩擦技術(shù)上發(fā)展起來的，若是能夠?qū)烧邔Ρ仍囼?，對于這兩種技術(shù)工作機制的研究能夠產(chǎn)生很大的促進作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種懸浮對稱式單軸肩測溫及單雙軸肩通用型測力裝置，不僅能夠同時滿足單雙軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)的裝夾要求，還能實現(xiàn)單軸肩焊接過程中焊縫溫度以及三向力的測量和雙軸肩焊接過程中行進阻力以及側(cè)向力的測量。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種懸浮對稱式單軸肩測溫及單雙軸肩通用型測力裝置，包括上平臺、下平臺和連接上平臺與下平臺的支撐裝置，所述上平臺設(shè)有凹槽，凹槽底部設(shè)有容納槽，容納槽內(nèi)放置有打孔薄板，打孔薄板設(shè)有若干個放置第一滾珠的第一凹坑，第一滾珠的直徑大于第一凹坑的深度，在凹槽內(nèi)的第一滾珠上安裝有測溫墊板，在上平臺凹槽的四周設(shè)有第一傳感器容納槽，第一傳感器容納槽內(nèi)放置有測量測溫墊板焊接方向以及垂直于移動方向所受作用力的第一壓力傳感器，所述下平臺設(shè)有第二傳感器容納槽，第二傳感器容納槽設(shè)有測量焊接過程中的軸向力的第二壓力傳感器。

作為優(yōu)選，所述支撐裝置包含側(cè)支撐板、內(nèi)支撐板和主支撐柱，所述上平臺和下平臺兩端通過側(cè)支撐板和主支撐柱支撐，上平臺和下平臺的中部通過內(nèi)支撐板支撐。

作為優(yōu)選，所述上平臺包含左上平臺和右上平臺，左上平臺和右上平臺關(guān)于上平臺的中線對稱分布，所述左上平臺或右上平臺設(shè)有左凹槽或右凹槽，左凹槽和右凹槽構(gòu)成凹槽。

作為優(yōu)選，所述下平臺包含左下平臺和右下平臺，在左下平臺和右下平臺上均設(shè)有五個第二傳感器容納槽。

作為優(yōu)選，所述左下平臺和右下平臺上均設(shè)有小支撐柱，小支撐柱上安裝有主梁，主梁貫穿上平臺，保持平衡及對稱。

作為優(yōu)選，所述測溫墊板包含本體，所述本體上設(shè)有第一工件放置槽，在第一工件放置槽中設(shè)有若干個用于與熱電偶連接的螺紋孔，在本體的兩側(cè)安裝有側(cè)壓板，在另外兩側(cè)安裝有主壓板。

作為優(yōu)選，所述本體上對稱的設(shè)有第二滾珠凹槽，在第二滾珠凹槽內(nèi)設(shè)有第二凹坑，第二凹坑內(nèi)安裝有第二滾珠，第二滾珠的直徑大于第二凹坑的深度，主壓板壓在第二滾珠上。

作為優(yōu)選，所述測溫墊板包含左墊板和右墊板，左墊板和右墊板上均設(shè)有第二工件放置槽，在左墊板和右墊板上均設(shè)有第三滾珠凹槽，第三滾珠凹槽設(shè)有第三凹坑，第三凹坑內(nèi)放有第三滾珠，第三滾珠的直徑大于第三凹坑的深度，左墊板和右墊板的一側(cè)安裝有側(cè)壓板，主壓板按壓在左墊板和右墊板上的第三滾珠上。

作為優(yōu)選，所述測溫墊板與第一壓力傳感器之間設(shè)有圓柱體。

有益效果：本發(fā)明的懸浮對稱式單軸肩測溫及單雙軸肩通用型測力裝置，能同時滿足不同規(guī)格試件的單軸肩和雙軸肩攪拌摩擦焊接，操作簡單方便；對于單軸肩攪拌摩擦焊，在焊接過程中能夠同時監(jiān)測焊縫溫度以及作用力，對焊后接頭組織與性能特征的研究起到重要作用，對于雙軸肩攪拌摩擦焊，該裝置能夠有效防止焊接過程中試件對接錯落、扭曲從而嚴重影響焊接進程甚至破壞焊具，并且能夠有效獲得焊接過程中沿焊接方向的行進阻力和側(cè)向壓力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的左半側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所述適用單軸肩攪拌摩擦焊的測溫墊板示意圖；

圖4為本發(fā)明所述適用雙軸肩攪拌摩擦焊的測溫墊板示意圖；

圖5為本發(fā)明所述實現(xiàn)測溫墊板與上平臺所安裝的測力傳感器之間滑動摩擦的圓柱體示意圖。

具體實施方式

如圖1至圖5所示，本發(fā)明的一種懸浮對稱式單軸肩測溫及單雙軸肩通用型測力裝置，包括上平臺1、下平臺6和連接上平臺1與下平臺6的支撐裝置，所述上平臺1設(shè)有凹槽14，凹槽14底部設(shè)有容納槽，容納槽內(nèi)放置有打孔薄板11，打孔薄板11設(shè)有若干個放置第一滾珠12的第一凹坑13，第一滾珠12的直徑大于第一凹坑13的深度，在凹槽14內(nèi)的第一滾珠12上安裝有測溫墊板，測溫墊板上安裝有測量焊接溫度的熱電偶，在上平臺凹槽14的四周每一邊設(shè)有兩個第一傳感器容納槽8，第一傳感器容納槽8內(nèi)放置有測量測溫墊板焊接方向以及垂直于移動方向所受作用力的第一壓力傳感器，所述下平臺6設(shè)有兩排共十個第二傳感器容納槽10，第二傳感器容納槽10設(shè)有測量焊接過程中的軸向力的第二壓力傳感器。

在本發(fā)明中，所述支撐裝置包含側(cè)支撐板2、內(nèi)支撐板3和主支撐柱4，所述上平臺1和下平臺6兩端通過側(cè)支撐板2和主支撐柱4支撐，上平臺1和下平臺6的中部通過內(nèi)支撐板3支撐。

在本發(fā)明中，所述上平臺1包含左上平臺和右上平臺，左上平臺和右上平臺關(guān)于上平臺1的中線對稱分布，所述左上平臺或右上平臺設(shè)有左凹槽或右凹槽，左凹槽和右凹槽構(gòu)成凹槽14。所述下平臺6包含左下平臺和右下平臺，在左下平臺和右下平臺上均設(shè)有五個第二傳感器容納槽10。所述左下平臺和右下平臺上均設(shè)有小支撐柱5，小支撐柱5上安裝有主梁7，主梁7貫穿上平臺1，主梁7保持平衡及對稱。

在本發(fā)明中，對于適用于單軸肩攪拌摩擦焊，所述測溫墊板包含本體，所述本體上設(shè)有第一工件放置槽18，在第一工件放置槽18中設(shè)有若干個用于與熱電偶連接的螺紋孔17，在本體的兩側(cè)安裝有側(cè)壓板，在另外兩側(cè)安裝有主壓板20，所述本體上對稱的設(shè)有第二滾珠凹槽15，在第二滾珠凹槽15內(nèi)設(shè)有第二凹坑，第二凹坑內(nèi)安裝有第二滾珠16，第二滾珠16的直徑大于第二凹坑的深度，主壓板20壓在第二滾珠16上，側(cè)壓板19和主壓板20直接作用于測溫墊板，緊固工件。適用于單軸肩攪拌摩擦焊的測溫墊板在長度方向的中心線位置根據(jù)測溫需求開有通孔，通孔底部攻有內(nèi)螺紋孔17，以實現(xiàn)熱電偶通過鎧裝端螺紋配合固接。

在本發(fā)明中，對于適用于雙軸肩攪拌摩擦焊，所述測溫墊板包含左墊板和右墊板，左墊板和右墊板上均設(shè)有第二工件放置槽23，在左墊板和右墊板上均設(shè)有第三滾珠凹槽21，第三滾珠凹槽21設(shè)有第三凹坑，第三凹坑內(nèi)放有第三滾珠22，第三滾珠22的直徑大于第三凹坑的深度，左墊板和右墊板的一側(cè)安裝有側(cè)壓板，主壓板20按壓在左墊板或右墊板上的第三滾珠22上。

在本發(fā)明中，裝置的整體長度方向與焊接工具移動方向相一致，根據(jù)實際使用時強度需求不同，裝置的材料采用普通碳鋼或者高強合金鋼。上平臺1為對稱式，各個部件之間通過螺栓固接。其中，上平臺1略寬于下平臺6，在凹槽14內(nèi)的打孔薄板11的三維尺寸與凹槽14的長度、寬度以及深度相對應(yīng)，打孔薄板11上的圓孔均勻分布。上平臺1的測溫墊板與側(cè)面安裝的各個壓力傳感器之間并非直接接觸，而是分別并排放置了兩個圓柱體，實現(xiàn)滑動摩擦為滾動摩擦，提高測試結(jié)果的準確性。

當單軸肩攪拌摩擦焊接時，工件內(nèi)置于測溫墊板的工件放置槽內(nèi)，熱電偶的探針部分從測溫墊板底部穿過螺紋孔17，探針底部攻有外螺紋，與螺紋孔17底部螺紋配合實現(xiàn)固定，通過緊固后工件與測溫墊板融為一體，焊接時工件所受作用力轉(zhuǎn)移至測溫墊板，測溫墊板四個側(cè)面的傳感器接收壓力信號，從而反映焊接過程中工件在焊接方向以及側(cè)向所受作用力。在軸向力方面，裝置底部的十個壓力傳感器使得整個裝置呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，焊接過程中除去初始受力，就是工件在軸向所受作用力。

本裝置采用對稱結(jié)構(gòu)，中間留有適當間隙；焊接試板固定于測溫墊板上；裝置主體的凹槽14內(nèi)放置有滾珠，測溫墊板的下表面與裝置主體之間間接點接觸；測溫墊板上表面也設(shè)有滾珠容納槽并放置滾珠，使得測溫墊板上表面與主壓板20之間間接點接觸；測溫墊板側(cè)面與各傳感器之間分別并排放置兩個圓柱體，使得測溫墊板側(cè)面與第一壓力傳感器之間間接線接觸，最終實現(xiàn)測溫墊板與裝置主體之間通過點接觸方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)變滑動摩擦為滾動摩擦，以減少外力干擾，提高行進力測量的精確性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。