线性摩擦焊接物理模拟试验装置

摘要

本发明公开了一种线性摩擦焊接物理模拟试验装置，用于解决现有的线性摩擦焊接装置焊接性能无法实时检测的技术问题。技术方案是由加压机构、直线往复运动机构和可视化夹具三大部分组成，通过可视化夹具，可利用高速摄像仪和红外测温仪实时记录、检测摩擦界面及其附近塑性金属流动形态以及温度分布。

权利要求

1.一种线性摩擦焊接物理模拟试验装置，包括机座(2)、底板(3)、加压机构(4)、加压头(5)、支撑架(6)、振动板(13)、滑块(14)、线性导轨(15)、导轨支架(16)、摇杆(17)和驱动器(18)，振动板(13)、滑块(14)、线性导轨(15)、导轨支架(16)、摇杆(17)和驱动器(18)组成直线往复运动机构，驱动器(18)和导轨支架(16)通过螺钉安装固定在底板(3)上，底板(3)由螺钉紧固于机座(2)上；导轨支架(16)上安装线性导轨(15)及滑块(14)，滑块(14)上面安装振动板(13)，驱动器(18)的偏心轴通过摇杆(17)与振动板(13)连接，加压机构(4)通过加压头(5)对试样件(9)施加压力，其特征在于：还包括可视化夹具，可视化夹具由安装座(7)、胶木槽(8)、透明材料(10)、顶紧螺杆(19)和夹紧金属块(20)组成，并固定支撑架(6)上；安装座(7)是一个前面开口的“回”型框，透明材料(10)置于安装座(7)的凸沿上，U型结构的胶木槽(8)将试样件(9)扣住置于透明材料(10)上，由顶紧螺杆(19)通过夹紧金属块(20)顶紧夹持在安装座(7)上，胶木槽(8)下端的两侧面倒45度开敞角；振动板(13)上设置一导热块安装座(12)，由螺钉紧固在振动板(13)上，导热块安装座(12)的正面开槽，导热块(11)置于槽中；导热块(11)的左右侧面、后侧面以及底面与导热块安装座(12)接触处设置绝热挡块(21)，其中底面和左侧面的绝热挡块(21)是固定式；

后侧面和右侧面的绝热挡块(21)是活动式。

2.根据权利要求1所述的线性摩擦焊接物理模拟试验装置，其特征在于：所述试样件(9)的材料是铅金属。

3.根据权利要求1所述的线性摩擦焊接物理模拟试验装置，其特征在于：所述透明材料(10)是蓝宝石耐高温玻璃。

4.根据权利要求1所述的线性摩擦焊接物理模拟试验装置，其特征在于：所述导热块(11)的材料是铝金属。

说明书

线性摩擦焊接物理模拟试验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种模拟试验装置，特别是涉及一种线性摩擦焊接物理模拟试验装置。

背景技术

[0002] 线性摩擦焊接过程中，接头界面的塑性金属流动行为、温度场分布及热能传递与耗散规律对焊接接头质量将产生重要影响。若能获得以上塑性金属流动行为、温度场分布及热能传递与耗散规律，将有助于控制线性摩擦焊接接头的质量。

[0003] 参照图3。公知的线性摩擦焊接装置由直线往复运动机构、加压机构和焊件夹具三大部分组成。驱动器18通过摇杆17带动由下夹具33固定在振动板13上的焊件32，沿线性导轨15做左右直线往复运动；加压机构4通过加压头5给由上夹具30夹持的A焊件31施加下压力。压力作用下的A焊件31与做直线往复运动的B焊件32紧密接触摩擦，当接头界面金属达到粘塑性状态时，停止摩擦并由加压机构4施加顶锻力，完成焊接。

[0004] 由于线性摩擦焊接过程中，在接头界面的四周均有飞边挤出，因此公知的线性摩擦焊接装置，在焊接过程中只能获得接头外部的飞边产生及温度场演变过程，而无法获得接头界面的塑性金属流动行为、温度场分布及热能传递与耗散规律。

发明内容

[0005] 为了克服现有的线性摩擦焊接装置焊接性能无法实时检测的不足，本发明提供一种线性摩擦焊接物理模拟试验装置。该装置由加压机构、直线往复运动机构和可视化夹具三大部分组成，通过可视化夹具，可利用高速摄像仪和红外测温仪实时记录、检测摩擦界面及其附近塑性金属流动形态以及温度分布。

[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种线性摩擦焊接物理模拟试验装置，包括底板3、加压机构4、加压头5、支撑架6、振动板13、滑块14、线性导轨15、导轨支架16、摇杆17和驱动器18，振动板13、滑块14、线性导轨15、导轨支架16、摇杆17和驱动器18组成直线往复运动机构，驱动器18和导轨支架16通过螺钉安装固定在底板3上，底板3由螺钉紧固于机座2上；导轨支架16上安装线性导轨15及滑块14，滑块14上面安装振动板
13，驱动器18的偏心轴通过摇杆17与振动板13连接，加压机构4通过加压头5对试样件
9施加压力，其特点是还包括可视化夹具，可视化夹具由安装座7、胶木槽8、透明材料10、顶紧螺杆19和夹紧金属块20组成，并固定支撑架6上；安装座7是一个前面开口的“回”型框，透明材料10置于安装座7的凸沿上，U型结构的胶木槽8将试样件9扣住置于透明材料10上，由顶紧螺杆19通过夹紧金属块20顶紧夹持在安装座7上，胶木槽8下端的两侧面倒45度开敞角；振动板13上设置一导热块安装座12，由螺钉紧固在振动板13上，导热块安装座12的正面开槽，导热块11置于槽中；导热块11的左右侧面、后侧面以及底面与导热块安装座12接触处设置绝热挡块21，其中底面和左侧面的绝热挡块21是固定式；后侧面和右侧面的绝热挡块21是活动式。

[0007] 所述试样件9的材料是铅金属。

[0008] 所述透明材料10是蓝宝石耐高温玻璃。

[0009] 所述导热块11的材料是铝金属。

[0010] 本发明的有益效果是：本发明由加压机构、直线往复运动机构和可视化夹具三大部分组成，通过可视化夹具，可利用高速摄像仪和红外测温仪实时记录、检测摩擦界面及其附近塑性金属流动形态以及温度分布。

[0011] 下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

[0012] 图1是本发明线性摩擦焊接物理模拟试验装置的结构示意图。

[0013] 图2是图1中A-A剖视放大图。

[0014] 图3是背景技术线性摩擦焊接装置的结构示意图。

[0015] 图中，1-机身，2-机座，3-底板，4-加压机构，5-加压头，6-支撑架，7-安装座，8-胶木槽，9-试样件，10-透明材料，11-导热块，12-导热块安装座，13-振动板，14-滑块，
15-线性导轨，16-导轨支架，17-摇杆，18-驱动器，19-顶紧螺杆，20-夹紧金属块，21-绝热挡块，30-上夹具，31-A焊件，32-B焊件，33-下夹具。

具体实施方式

[0016] 参照图2、图3，本发明线性摩擦焊接物理模拟试验装置由加压机构4、直线往复运动机构和可视化夹具组成。可视化夹具由安装座7、胶木槽8、透明材料10、顶紧螺杆19和夹紧金属块20组成；安装座7是一个前面开口的“回”型框，透明材料10置于安装座7的凸沿上，胶木槽8将试样件9扣住置于透明材料10上，由顶紧螺杆19通过夹紧金属块20顶紧夹持在安装座7上。机身1与机座2固连，加压机构4固定在机身1的横梁上，采用电动伺服加压方式，提供的压力和下压速率均可精确调节。线性导轨15及滑块14、导轨支架16、振动板13、摇杆17和驱动器18组成直线往复运动机构，驱动器18和导轨支架16通过螺钉安装固定在底板3上，底板3由螺钉紧固于机座2上；导轨支架16上安装线性导轨15及滑块14，滑块14上面安装振动板13。驱动器18为交流电机带动偏心轴转动的机构，驱动器18的偏心轴通过摇杆17与振动板13连接。这样，当交流电机做旋转运动时，偏心轴将随之转动，利用偏心结构即可实现摇杆17带动振动板13沿线性导轨15做直线往复运动。
交流电机由交流电机变频调速系统控制，通过交流电机变频调速系统调节交流电机的工作频率和通过改变偏心轴的偏心距离，实现直线往复运动振动频率和振幅的调节。

[0017] 配合可视化夹具，在振动板13上设置一导热块安装座12，由螺钉紧固在振动板13上，保证两者之间无相对运动，因此，当交流电机做旋转运动时，实际上是带动导热块11做直线往复运动。导热块安装座12的正面开槽，以便快速装卸导热块11；导热块安装座12其余各内侧面均有绝热挡块，其中底面和左侧为固定式绝热挡块；后侧和右侧为活动式绝热挡块，分别由上下两个长螺杆连接，便于调节绝热挡块位置。导热块安装座12的上述结构，既可防止导热块11与其安装座12之间的传热，又可实现导热块11的准确定位及快速夹紧。

[0018] 在导热块11的正上方，是由支撑架6支撑的可视化夹具部分。可视化夹具由可视化夹具安装座7、胶木槽8、试样件9、透明材料10、夹紧金属块20和顶紧螺杆19组成。胶木槽8、试样件9和透明材料10由顶紧螺杆19通过夹紧金属块20顶紧夹持在可视化夹具安装座7上。胶木槽8为U型结构，胶木槽8下端的两侧面倒45度开敞角。安装调整过程中，在保证透明材料10的下端与导热块11的上表面之间不发生摩擦的同时，还要尽可能减小透明材料10的下端与导热块11的上表面之间的间隙。这样，一方面可保证试样件9在压力作用下与导热块11接触后，界面金属只能沿胶木槽8的开敞角向两边挤出，以此模拟线性摩擦焊接时的两侧飞边挤出过程；另一方面也便于观察摩擦界面及其附近塑性金属流动的形态。

[0019] 试样件9选用熔点约为327.5℃的铅金属材料，为了保证试验时铅金属不熔化，导热块11的预热温度应小于300℃。由此确定红外测温仪的最高测量温度为300℃，试验使用美国FLIR公司SC7000型红外测温仪，该红外测温仪在小于300℃温区对应的波长小于5μm。所以透明材料10选用可穿透红外波长为3～5μm的蓝宝石耐高温玻璃，透过透明材料10、使用SC7000型红外测温仪，可记录、检测摩擦界面及其附近塑性金属流动时的温度分布。试样件9和胶木槽8的配合尺寸，应保证其在装配的时候不会因试样件9的自身重量而下滑，便于导热块11的装卸。

[0020] 导热块11选用导热性好且相对试样件9较硬的铝金属材料，试验过程中首先利用感应加热电源将导热块11预热到290℃，然后快速将其固定，导热块11的热量随后由其上表面向与之接触的试样件9传递，由此模拟线性摩擦焊接头的界面温度。

[0021] 试验时，首先将装在胶木槽8中的试样件9，通过透明材料10和夹紧金属块20安装夹紧于可视化夹具安装座7，并保证加压头5和试样件9对中；随后将预热到一定温度的导热块11快速放进导热块安装座12中并顶紧；然后启动驱动器18工作，带动导热块11沿线性导轨15做直线往复运动；当导热块11的直线往复运动平稳后再启动加压机构4带动加压头5给试样件9施加压力，使试样件9沿胶木槽8向下移动并与导热块11接触，开始模拟线性摩擦过程。

[0022] 试验过程中，透过胶木槽8前面的透明材料10，直接观察到模拟线性摩擦焊接过程中焊缝界面及其附近塑性金属的流动形态；同时，利用高速摄像仪和红外测温仪记录、检测试样件9与导热块11摩擦接触界面及其附近塑性金属流动的形态以及温度分布。