本發(fā)明涉及焊接技術領域，尤其涉及一種焊接輔助冷卻裝置。

背景技術：

目前，焊接作為一種基礎制造連接工藝，廣泛應用在機械制造、石油化工、軌道車輛、航空航天、船舶制造、家用儀器和軍工武器等諸多工業(yè)領域。大多數(shù)焊接過程都是通過加熱（如電弧熱、化學熱、電阻熱等）使母材以及待填充的焊接材料熔化為液態(tài)金屬并混合，在隨后的冷卻過程中液態(tài)金屬凝固而形成焊縫。在通過加熱形成焊縫實現(xiàn)連接的同時，這種局部的加熱也會形成不均勻的溫度場，從而導致焊接接頭的應力和變形的普遍存在。熱量傳導到母材區(qū)域也會導致材料性能和組織發(fā)生改變，在焊接中被稱為熱影響區(qū)。對于高強鋼和鋁合金來說，熱影響區(qū)部分會因為焊縫部分傳導過來的熱量造成溫度升高而發(fā)生軟化或者脆化現(xiàn)象，降低焊接接頭的性能。

為了解決這個問題，一條途徑是提高熱源能量密度、減少熱輸入和液態(tài)金屬的填充量（降低坡口角度），但當采用的焊接方法確定時，受工藝條件限制該途徑很難實現(xiàn)；另一個途徑就是利用輔助冷卻措施或者裝置將多余的熱量快速導出，從而降低對熱影響區(qū)的不利作用，此途徑是方便實現(xiàn)的。輔助快速冷卻對于厚板焊接或復合熱源焊接工藝尤其重要。厚板焊接時需要控制層間溫度，即上一道焊完后并不能立即開始下一道的焊接，必須等到上一焊道冷卻到某一溫度后才能施焊下一道，否則可能會造成接頭的韌性不達標；在復合焊接時，采用兩個及以上熱源同時進行加熱，瞬時輸入的熱量成倍增加，造成局部母材在高溫停留時間過長而導致性能下降。

目前，在焊接中應用的輔助冷卻方法或者裝置有以下幾種。（1）利用焊接夾具散熱，復雜的焊接生產(chǎn)需要輔助夾具，而夾具本身多是由金屬制備，能夠一定程度上吸收部分熱量，但對于存在大量密集焊縫的結構，夾具升溫到一定程度就喪失了冷卻功能，為此有人對夾具進行水冷，以保持其冷卻效果；（2）利用低溫物質噴灑并發(fā)生吸熱反應以達到制冷效果。此類方法在研究中應用較多，例如使用液氮、干冰或者冰鹽等噴灑在剛剛凝固的焊縫區(qū)域或者熱影響區(qū)，利用上述物質的升華反應吸熱帶走熱量，以達到快速冷卻的目的。但上述兩種方式都存在一些問題，循環(huán)水冷夾具的制作成本高，柔性差，且循環(huán)水的降溫需要專用設備，而采用液氮、干冰等低溫物質冷卻時，揮發(fā)出的氣體會對環(huán)境造成影響，甚至威脅人體健康，因此在焊接生產(chǎn)中很少應用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種焊接輔助冷卻裝置，結構簡單、制作方便，能夠快速吸收焊接過程中產(chǎn)生的熱量，減少熱影響區(qū)，保證焊縫質量。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是：

一種焊接輔助冷卻裝置，包括設置在焊道兩側、且與焊槍同步運動的柔性熱交換器，及設置在焊接件下方、且在焊道兩側的固定熱交換器，所述柔性熱交換器前端與牽引部件相連、底部為柔性導熱結構，所述固定熱交換器的外殼為耐高溫且易導熱材料，所述柔性熱交換器和固定熱交換器均內通與制冷裝置相連的制冷劑，柔性熱交換器和固定熱交換器內的制冷劑流向與焊接方向相反。

優(yōu)選的，所述柔性熱交換器內設流通制冷劑的蛇形盤管，所述柔性熱交換器底部的柔性導熱結構為多層細銅絲網(wǎng)，所述柔性熱交換器的側面及上部為多段銅板活動連接。

優(yōu)選的，所述固定熱交換器內設流通制冷劑的蛇形盤管，固定熱交換器的外殼為銅板。

優(yōu)選的，兩個柔性熱交換器相鄰焊道一側均包裹有隔熱棉。

優(yōu)選的，所述牽引部件包括電機驅動的行走機構，行走機構與柔性熱交換器相連。

優(yōu)選的，所述蛇形盤管為銅管、且蛇形盤管外均部設有翅片。

優(yōu)選的，所述蛇形盤管為若干根盤繞的銅管并聯(lián)而成或一根銅管盤繞而成。

優(yōu)選的，所述固定熱交換器下方設有托板，所述托板兩端通過夾具與焊接件固定。

采用上述技術方案所產(chǎn)生的有益效果在于：利用牽引部件帶動焊道兩側的柔性熱交換器隨焊槍的移動而移動，同時在焊接工件下方、且在焊道兩側設置固定熱交換器，利用柔性熱交換器和固定熱交換器內部循環(huán)流動的制冷劑吸收焊接過程中產(chǎn)生的熱量，實現(xiàn)熱交換的目的。本發(fā)明具有結構簡單、操作方便，能夠快速吸收焊接過程中產(chǎn)生的熱量，減少焊接的熱影響區(qū)，改善焊接接頭質量，延長焊接接頭使用壽命，保證焊接質量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明使用狀態(tài)的結構示意圖；

圖3是圖2中的A向視圖；

圖4是圖3的主視圖；

圖5是固定熱交換器的一種結構示意圖；

圖6是圖5的主視圖；

圖7是柔性熱交換器的一種結構示意圖；

圖8是圖7的主視圖；

圖9是鋁合金焊接件示例的焊縫中心和柔性熱交換器溫度差的柱狀圖。

圖中：1-焊道，2-焊槍，3-柔性熱交換器，4-焊接件，5-固定熱交換器，6-牽引部件，7-制冷裝置，8-蛇形盤管，9-隔熱棉，10-翅片，11-集液管，12-集氣管,13-管路，14-細銅絲網(wǎng),15-外殼。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

如圖1、2、3、4所示的一種焊接輔助冷卻裝置，包括設置在焊道1兩側、且與焊槍2同步運動的柔性熱交換器3，及設置在焊接件4下方、且在焊道1兩側的固定熱交換器5，所述柔性熱交換器3前端與牽引部件6相連、底部為柔性導熱結構，所述固定熱交換器5的外殼15為耐高溫且易導熱材料，所述柔性熱交換器3和固定熱交換器5均內通與制冷裝置7相連的制冷劑，制冷劑通過管路13與制冷裝置7相連，柔性熱交換器3和固定熱交換器5內的制冷劑流向與焊接方向相反。

將外部制冷裝置7循環(huán)制冷的制冷劑經(jīng)管路13從柔性熱交換器3和固定熱交換器5的前端（對應焊接結束方向）進入，制冷劑在柔性熱交換器3和固定熱交換器5中流動過程中遇熱會蒸發(fā)成制冷劑蒸氣，這樣會帶走大量熱量，制冷劑蒸氣在柔性熱交換器末端（對應焊接起始位置）流出，并經(jīng)管路13進入制冷裝置7進行制冷；柔性熱交換器3在牽引部件6的帶動下隨焊槍2移動而移動，圖3中箭頭方向即是焊接方向，柔性熱交換器3底部的柔性導熱結構可隨焊接件4的表面起伏而改變形狀，可滿足柔性熱交換器3底部于焊接件上表面接觸充分，能夠及時將焊接過程中的散發(fā)的余熱及時傳導出去，避免熱影響區(qū)過大影響焊接接頭質量，保證焊接質量。其中，所用制冷劑為高溫制冷劑，利用這種制冷劑進行熱交換后并制冷冷卻的過程封閉獨立，不會對焊接環(huán)境造成影響，不影響焊接過程，同時其制冷量顯著和制冷過程也可控。制冷裝置7通常選用壓縮機、冷凝器及節(jié)流閥來實現(xiàn)制冷的循環(huán)。

如圖7、8所示，所述柔性熱交換器3內設流通制冷劑的蛇形盤管8，所述柔性熱交換器3底部的柔性導熱結構為多層細銅絲網(wǎng)14，所述柔性熱交換器3的側面及上部為多段銅板活動連接，使柔性熱交換器3的側面及上部能夠隨著焊接件的表面曲度變化而變化，此種結構方便柔性熱交換器3產(chǎn)生運動變形。柔性熱交換器3內部蛇形盤管8也可為若干根盤繞的銅管并聯(lián)而成。

如圖5、6所示，所述固定熱交換器5內設流通制冷劑的蛇形盤管8，固定熱交換器5的外殼15為銅板。固定熱交換器5內部蛇形盤管8也可為一根銅管盤繞而成。為了使固定熱交換器5與焊接件4充分接觸，在其下方設有托板，所述托板兩端通過夾具與焊接件4固定，借助托板使固定熱交換器5緊貼在焊接件4下方，同樣利用其內部流通的制冷劑的相變對焊接件4進行制冷，利用銅板等耐高溫且良好導熱性的材料實現(xiàn)熱傳導。

作為一種優(yōu)選結構，兩個柔性熱交換器3相鄰焊道1一側均包裹有隔熱棉9。一來可以防止焊接的瞬時高溫對柔性熱交換器3產(chǎn)生破壞，二來可以避免低溫的柔性熱交換器3焊接進行時的熱交換影響焊接熱輸入

其中，所述牽引部件6包括電機驅動的行走機構，行走機構與柔性熱交換器3相連。通過電機及傳動部件驅動帶有滾輪的行走機構前行，實現(xiàn)牽引柔性熱交換器3的作用。

為了加快熱交換速度，所述蛇形盤管8為銅管、且蛇形盤管8外均部設有翅片10。

如圖5-8，所述蛇形盤管8為若干根盤繞的銅管并聯(lián)而成或一根銅管盤繞而成。當蛇形盤管8為若干根盤繞的銅管并聯(lián)而成時，制冷劑進口端通過集液管11連通，出口端通過集氣管12連通。柔性熱交換器3和固定熱交換器5內部鋪設大量翅片10和蛇形盤管8在焊接過程一直發(fā)生熱交換，制冷劑液體在柔性熱交換器3和固定熱交換器5內受熱相變成制冷劑蒸氣，此過程吸收大量熱，與固定熱交換器5接觸的焊接件4達到熱交換目的。

下面以鋁合金焊接件的MIG焊接進行舉例，對裝置運行進行簡單介紹。

設焊接件為350mm×150mm×6mm，輸入電壓為21V，輸入電流為210A，焊接速度40cm/min，焊接熱效率η=75%，經(jīng)計算焊接熱輸入為Q=5KJ/cm，熱傳導的熱量大約4KJ/cm。取柔性熱交換器寬度為40mm，柔性熱交換器的環(huán)境溫度為0℃，由于隨焊冷卻，柔性熱交換器的冷卻過程可以看做一個近似穩(wěn)態(tài)的熱傳導過程，經(jīng)計算（柔性熱交換器也按鋁的導熱系數(shù)計算）柔性熱交換器可以帶走2KJ/cm的熱量，焊接進行中焊道位置形成的焊縫中心和柔性熱交換器溫度差如圖9所示。

同理，經(jīng)計算試件下側的固定熱交換器可以交換1KJ/cm的熱量，這樣焊接過程可以通過制冷裝置的循環(huán)系統(tǒng)交換3/4的焊接余熱。

綜上所述，本發(fā)明具有結構簡單、操作方便、熱交換效率高的優(yōu)點，利用牽引部件帶動焊道兩側的柔性熱交換器隨焊槍的移動而移動，同時在焊接工件下方、且在焊道兩側設置固定熱交換器，利用柔性熱交換器和固定熱交換器內部循環(huán)流動的制冷劑吸收焊接過程中產(chǎn)生的熱量，實現(xiàn)熱交換的目的。利用本發(fā)明能夠快速吸收焊接過程中產(chǎn)生的熱量，減少焊接的熱影響區(qū)，改善焊接接頭質量，延長焊接接頭使用壽命，保證焊接質量。

本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內。