本發(fā)明屬于熱處理，具體涉及一種鋁合金攪拌摩擦焊縫連續(xù)局部熱處理強(qiáng)化裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、攪拌摩擦焊是由英國(guó)焊接研究所于1991年發(fā)明并申請(qǐng)專利的一種連接方法，它具有加工時(shí)間短、耗材成本低、峰值溫度低、接頭質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。攪拌摩擦焊可以在熱固狀態(tài)下連接金屬，而不存在諸如鑄態(tài)組織、元素?fù)p失和氣孔等焊接缺陷。因此，對(duì)于傳統(tǒng)熔化焊難以焊接的mg、al等輕質(zhì)合金的焊接更具吸引力。fsw技術(shù)問世的二十多年中，已經(jīng)發(fā)展成為一種成熟的連接方法，在鋁合金、鎂合金、鈦合金、聚合物等其他異種材料的連接中表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度和效率。由于fsw接頭的優(yōu)異性能，在航空航天、國(guó)防、鐵路、可再生能源、軌道車輛、汽車等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，被譽(yù)為激光焊后“焊接史上第二次革命”。

2、鋁及鋁合金因其良好的鑄造性、可回收性、低密度和高比強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來航空航天、汽車等領(lǐng)域最有前途的結(jié)構(gòu)材料，攪拌摩擦焊在鋁合金連接中應(yīng)用尤為廣泛。然而，由于攪拌摩擦本質(zhì)是旋轉(zhuǎn)刀具與工件之間的摩擦產(chǎn)熱致使待焊工件連接起來的過程，所以，焊接熱輸入對(duì)接頭的組織和力學(xué)性能存在顯著影響。對(duì)于鋁合金攪拌摩擦焊接，其焊縫和熱影響區(qū)的力學(xué)性能明顯低于母材的力學(xué)性能。此外，fsw的突出特點(diǎn)是具有明顯的應(yīng)變梯度、應(yīng)變速率梯度、溫度梯度和特殊的材料流動(dòng)。這導(dǎo)致fsw接頭中晶粒尺寸梯度較大，織構(gòu)分布不均勻且產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。fsw接頭中微觀組織的不均勻性和內(nèi)應(yīng)力等會(huì)對(duì)接頭的力學(xué)性能和斷裂行為產(chǎn)生較大的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種鋁合金攪拌摩擦焊縫連續(xù)局部熱處理強(qiáng)化裝置及方法，通過對(duì)攪拌摩擦焊縫的快速加熱和冷卻，實(shí)現(xiàn)對(duì)攪拌摩擦焊縫的基本熱處理，改善晶粒尺寸和降低內(nèi)應(yīng)力，從而改善攪拌摩擦焊接接頭的力學(xué)性能。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案具體如下：

3、一種攪拌摩擦焊縫連續(xù)局部熱處理強(qiáng)化裝置，該裝置主要由攪拌摩擦焊縫連續(xù)局部快速加熱系統(tǒng)、熱像儀、連續(xù)局部快速冷卻系統(tǒng)和壓縮空氣氣源組成；

4、連續(xù)局部快速加熱系統(tǒng)對(duì)焊縫局部實(shí)施自阻加熱，該系統(tǒng)由大電流脈沖電源18和導(dǎo)電輪及導(dǎo)電輪壓緊機(jī)構(gòu)組成；所述導(dǎo)電輪及導(dǎo)電輪壓緊機(jī)構(gòu)由c型鉗口1、減壓氣閥2、壓力表3、夾緊氣缸4、上絕緣墊塊5、上導(dǎo)電輪安裝座6、上導(dǎo)電輪軸7、上導(dǎo)電輪8、下導(dǎo)電輪10、下導(dǎo)電輪軸11、下導(dǎo)電輪安裝座12和下絕緣墊塊13組成；

5、其中，上導(dǎo)電輪8和下導(dǎo)電輪10分別通過上導(dǎo)電輪軸7和下導(dǎo)電輪軸11安裝在上導(dǎo)電輪安裝座6和下導(dǎo)電輪安裝座12上；上導(dǎo)電輪安裝座6通過上絕緣墊塊5隔離安裝在壓緊氣缸4的柱塞上，壓緊氣缸4安裝在c型鉗口1的上砧座上；下導(dǎo)電輪安裝座12通過下絕緣墊塊13隔離安裝在c型鉗口1的下砧座上；壓縮空氣氣源輸出的壓縮空氣經(jīng)減壓閥2和壓力表3通入夾緊氣缸4，驅(qū)動(dòng)上導(dǎo)電輪8和下導(dǎo)電輪10對(duì)工件上下表面接觸并夾緊；

6、所述的大電流脈沖電源18輸出的電流和頻率均可調(diào)；大電流脈沖電源18輸出的兩極通過電纜分別與上導(dǎo)電輪8和下導(dǎo)電輪10連接，大電流脈沖電源18輸出的電流經(jīng)上導(dǎo)電輪8和下導(dǎo)電輪10通入工件的接觸部位，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件接觸部位的快速自阻加熱，工件連續(xù)移動(dòng)將實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)焊縫的連續(xù)局部快速加熱。

7、熱像儀22安裝在c型鉗口1上，對(duì)準(zhǔn)工件與上導(dǎo)電輪8和下導(dǎo)電輪10接觸部位(即自阻加熱部位)，用來檢測(cè)該部分的加熱溫度。

8、所述的壓縮空氣氣源主要由螺桿式空氣壓縮機(jī)19、儲(chǔ)氣罐20和冷凍式干燥機(jī)21組成，螺桿式空氣壓縮機(jī)19產(chǎn)生的壓力空氣經(jīng)儲(chǔ)氣罐20穩(wěn)壓和冷凍式干燥機(jī)21降溫干燥后輸出壓縮空氣。

9、快速冷卻系統(tǒng)主要由上渦流管17、上渦流管出口軟管噴嘴16、下渦流管14和下渦流管出口軟管噴嘴15組成，上渦流管17和下渦流管14分別安裝在上絕緣墊塊5和下絕緣墊塊13上，壓縮空氣氣源輸出的壓縮空氣通入上渦流管17和下渦流管14；流經(jīng)上渦流管17和下渦流管14的壓縮空氣將被降溫，從上渦流管出口軟管噴嘴16和下渦流管出口軟管噴嘴15噴射在工件當(dāng)前接觸區(qū)域后方，實(shí)現(xiàn)已加工區(qū)域的上、下表面的快速冷卻。

10、本發(fā)明中一種鋁合金攪拌摩擦焊縫連續(xù)局部熱處理強(qiáng)化方法，具體過程如下：

11、步驟1，設(shè)置大電流脈沖電源18參數(shù)：根據(jù)工藝參數(shù)，設(shè)置大電流脈沖電源18的輸出電流和頻率；

12、步驟2，調(diào)整導(dǎo)電輪壓緊力：將待處理工件放置在上導(dǎo)電輪8和下導(dǎo)電輪10之間，根據(jù)工藝參數(shù)，調(diào)整減壓閥2的輸出壓力，至工藝要求的夾緊力值；

13、步驟3，焊縫加熱：接通大電流脈沖電源18，脈沖電流經(jīng)上導(dǎo)電輪8和下導(dǎo)電輪10對(duì)工件接觸部位實(shí)施自阻加熱，熱像儀22檢測(cè)加熱溫度。

14、步驟4，焊縫冷卻：待熱像儀22檢測(cè)溫度達(dá)到要求值后，工件進(jìn)給，大電流脈沖電源18持續(xù)供電，將對(duì)工件下一段進(jìn)行加熱，同時(shí)，壓縮空氣通入上渦流管17和下渦流管14，經(jīng)上渦流管出口軟管噴嘴16和下渦流管出口軟管噴嘴15噴射出的冷氣流直接作用在在已加熱部位，進(jìn)行焊縫的快速冷卻。

15、步驟5，持續(xù)進(jìn)行步驟4過程，直至完成對(duì)整個(gè)焊縫的處理。

16、在進(jìn)行攪拌摩擦焊縫局部熱處理之前，需確定被焊接材料的最佳工藝參數(shù)，本發(fā)明中被焊接材料的最佳工藝參數(shù)的確定過程，具體如下：

17、首先從工件上截取多個(gè)試樣；然后將其在上導(dǎo)電輪8和下導(dǎo)電輪10之間夾緊后，大電流脈沖電源18通入脈沖電流對(duì)試樣局部進(jìn)行加熱，熱像儀檢測(cè)自阻加熱部位的溫度；加熱至一定溫度后快速冷卻系統(tǒng)對(duì)加熱部位進(jìn)行快速冷卻；通過對(duì)多個(gè)試樣進(jìn)行不同夾緊力、不同電流、不同頻率加熱以及不同加熱溫度的熱處理試驗(yàn)，對(duì)比分析上述試樣的組織和力學(xué)性能，確定出包括夾緊力、電流、頻率、加熱溫度的最佳熱處理工藝參數(shù)。

18、上述裝置及方法適用于各種板材攪拌摩擦焊縫的強(qiáng)化處理，也能夠?qū)Π宀碾娀『傅乳L(zhǎng)焊縫進(jìn)強(qiáng)化處理，即所述工件為板材攪拌摩擦焊接工件或板材電弧焊工件。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、1.采用該裝置及方法，通過對(duì)鋁合金攪拌摩擦焊縫部位的快速加熱和快速冷卻，實(shí)現(xiàn)連續(xù)局部熱處理，能夠有效細(xì)化焊縫及熱影響區(qū)的組織，減小或消除焊縫區(qū)域內(nèi)應(yīng)力，提高焊縫的力學(xué)性能。

21、2.采用本發(fā)明提出的裝置和方法對(duì)攪拌摩擦焊縫進(jìn)行熱處理，快速加熱和快速冷卻只是對(duì)焊縫基本區(qū)域進(jìn)行，有效防止這個(gè)焊件產(chǎn)生變形。

技術(shù)特征：

1.一種攪拌摩擦焊縫連續(xù)局部熱處理強(qiáng)化裝置，其特征在于，該裝置主要由攪拌摩擦焊縫連續(xù)局部快速加熱系統(tǒng)、熱像儀、連續(xù)局部快速冷卻系統(tǒng)和壓縮空氣氣源組成；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦焊縫連續(xù)局部熱處理強(qiáng)化裝置，其特征在于，熱像儀(22)安裝在c型鉗口(1)上，對(duì)準(zhǔn)工件與上導(dǎo)電輪(8)和下導(dǎo)電輪(10)接觸部位。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦焊縫連續(xù)局部熱處理強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述的壓縮空氣氣源主要由螺桿式空氣壓縮機(jī)(19)、儲(chǔ)氣罐(20)和冷凍式干燥機(jī)(21)組成，螺桿式空氣壓縮機(jī)(19)產(chǎn)生的壓力空氣經(jīng)儲(chǔ)氣罐(20)穩(wěn)壓和冷凍式干燥機(jī)(21)降溫干燥后輸出壓縮空氣。

4.一種基于如權(quán)利要求1所述裝置的鋁合金攪拌摩擦焊縫連續(xù)局部熱處理強(qiáng)化方法，其特征在于，該方法的具體過程如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述鋁合金攪拌摩擦焊縫連續(xù)局部熱處理強(qiáng)化方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的鋁合金攪拌摩擦焊縫連續(xù)局部熱處理強(qiáng)化方法，其特征在于，所述工件為板材攪拌摩擦焊接工件或板材電弧焊工件。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種攪拌摩擦焊縫局部熱處理強(qiáng)化裝置及方法，屬于熱處理技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明裝置主要由大電流脈沖電源、導(dǎo)電輪及導(dǎo)電輪壓緊機(jī)構(gòu)、熱像儀、快速冷卻系統(tǒng)和C型鉗口組成，大電流脈沖電源能夠產(chǎn)生頻率和電流均可調(diào)的脈沖電流，脈沖電流通過一對(duì)導(dǎo)電輪通入攪拌摩擦焊縫，對(duì)焊縫實(shí)施自阻加熱，導(dǎo)電輪壓緊機(jī)構(gòu)將導(dǎo)電輪緊壓在焊縫表面，熱像儀檢查通電自阻加熱的溫度，快速冷卻系統(tǒng)則對(duì)加熱后的部位實(shí)施快速冷卻。應(yīng)用該裝置可對(duì)攪拌摩擦長(zhǎng)焊縫實(shí)施局部熱處理，改善焊縫組織、提高焊縫力學(xué)性能的同時(shí)，降低焊縫周圍的內(nèi)應(yīng)力和焊接變形。

技術(shù)研發(fā)人員：馬品奎,姜德萍,韓洪江,宋家旺,賈海龍,査敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19