一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测装置及方法，其中，在施焊的搅拌头上开设阶梯孔，孔内放置热电偶金属丝，热电偶金属丝外填充包覆耐高温绝缘材料；测温点位于搅拌头与工件的接触面，测温点处热电偶金属丝、搅拌头及工件相互接触；搅拌头能够被焊机主轴带动旋转实现对工件进行施焊；热电偶金属丝与搅拌头为不同材质，焊接过程中测量热电偶金属丝与搅拌头的热电势信号，经过锥套上的信号处理电路板对信号进行放大，并无线传输至外部设备，信号处理电路板通过锥套内的电池模块进行供电，实现焊接过程核心区温度监测。该发明专利技术可将测温点位于搅拌头与工件接触面，与焊接材料直接接触，能够实现焊接过程焊缝核心区温度快速精确测量。速精确测量。速精确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测方法及装置


[0001]本专利技术属于焊接装备制造
，具体涉及一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测方法及装置。

技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊是一种固态焊接技术，具有效率高、焊缝性能好、绿色环保等特点，在铝、铜、钛合金焊接领域得到广泛应用。搅拌摩擦焊通过搅拌头与工件摩擦产生热量，搅拌头与工件接触面的温度作为焊缝核心区温度，是影响焊缝质量的重要因素。
[0003]传统测量焊缝核心区温度通过在工件或搅拌头内埋入热电偶进行测量，其中通过工件内部埋入温度传感器的方式需要对工件进行破坏，无法在工程实际中推广应用。
[0004]于是，有部分学者开展了相关的研究，通过在搅拌头内部植入热电偶的方式在工程焊接过程中实现实时温度监测，其采用的方式为：在搅拌头内埋入常用的工业封装热电偶(如k型铠装热电偶)。k型铠装热电偶内部结构如图1所示，可以看出，其包含两根不同材质的热电偶金属丝；实际测温点位于两个热电偶金属丝的连接处，同时热电偶金属丝外包覆有耐温绝缘层及不锈钢保护层，因此现有方案中热电偶的测温点与工件材料并未实际接触。而在搅拌摩擦焊接过程中，搅拌头处于高速旋转运动状态，对于目前采用的温度测量方案，焊缝核心区的温度需要经过不锈钢保护层及耐温绝热层的热量传递，才能到达实际测温点。而在均质材料中的传热方程为一阶时滞微分方程，因此现有的测温方案的测量结果会存在滞后效应，导致测温系统的动态性能不佳，当焊接过程中测温点温度急剧变化时，测温精度显著下降。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术公开一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测方法，通过其能够实现。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0007]本专利技术提供一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测装置，其包括：
[0008]热电偶金属丝；耐温绝缘层；搅拌头；工件；焊机主轴；信号处理电路板；
[0009]热电偶金属丝的材质与搅拌头的材质不相同；
[0010]搅拌头被焊机的焊机主轴带动旋转实现对工件的内部加工有阶梯孔；外周包覆有耐温绝缘层的热电偶金属丝置入该阶梯孔内，且热电偶金属丝的两端部裸露，其中底部裸露端与搅拌头与工件的接触面平齐并与被施焊的工件接触，形成测温点；上部裸露端通过导线与搅拌头连接形成导电回路；
[0011]在导电回路中连接用于采集热电偶金属丝与搅拌头远离测温点一端的热电势E信号的信号处理电路板；并通过信号处理电路板将采集的热电势E信号传输给用于存储及呈现数据的上位机。
[0012]更优选地，所述的温度监测装置还包括：焊机主轴；锥套；夹套；搅拌头固定于夹套
内，夹套与锥套连接，锥套安装于焊机主轴上并随焊机的焊机主轴同步旋转。
[0013]更优选地，所述的信号处理电路板固定在锥套上，并通过固定在锥套内部的电池模块供电。
[0014]更优选地，所述信号处理电路板包括：
[0015]依次串联的放大器、信号处理模块、控制模块、无线发送模块，并通过供电模块提供电力。
[0016]热电势E信号首先通过放大器放大处理，然后通过信号处理模块将热电势E信号转换对应的数字信号，控制模块对数字信号进行除噪滤波处理后并控制信号通过无线发送模块传输出去。
[0017]更优选地，热电偶金属丝的材质采用镍硅合金；搅拌头的材质为H13模具钢；用氧化铝绝缘陶瓷。
[0018]本专利技术还提供一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测方法，其应用权利要求1
‑
5任意一项所述的一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测装置而实现，所述的温度监测方法包括：
[0019]步骤S101，根据待测量工件摩擦面的温度测量点位置，在搅拌头上加工阶梯孔；阶梯孔的小孔段靠近温度检测点位置；
[0020]步骤S102，选用热电偶金属丝放入搅拌头的阶梯孔内，热电偶金属丝的底部裸露端在温度测量点位置与搅拌头紧密接触，热电偶金属丝的上部裸露端通过导线与搅拌头的柱体部分连接形成导电回路，并在导电回路中连接信号处理电路板；热电偶金属丝的其余部分与搅拌头之间填充耐温绝缘材料；所述热电偶金属丝与搅拌头材质不同；
[0021]步骤S103，搅拌头固定在夹套内，夹套与锥套进行连接，锥套安装于焊机主轴；在利用搅拌头对工件进行焊接过程中，使得热电偶金属丝的底部裸露端与搅拌头平齐，并同时与工件接触；
[0022]步骤S104，焊接过程中，通过信号处理电路板采集热电偶金属丝与搅拌头之间的热电势差E，作为温度监测信号；该信号处理电路板固在锥套上，锥套内有电池模块对电路进行供电，温度信号线及电源线通过夹套与锥套内部孔与电路板实现连接；
[0023]步骤S105，利用信号处理电路板，将检测的热电势差E经过放大电路及无线传输模块传输至外部的上位机进行数据存储及呈现。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0025]1、本专利技术利用搅拌头与置入的热电偶金属丝形成热电效应的正负极，测温点位于搅拌头与工件接触的摩擦面上，同时热电偶金属丝与工件材料直接接触，能够快速准确动态监测搅拌头与工件摩擦面上的温度急剧变化情况，监测结果动态性能更好、测试结果更准确，因此能够实现焊接过程焊缝核心区温度快速精确测量。
[0026]2、通过在搅拌头上不同位置设置多个温度检测点位，实现多点温度同时测量。
[0027]3、通过焊机主轴上设计信号处理及无线传输电路，实现焊接过程温度实时监测。
附图说明
[0028]图1为现有技术的工业K型铠装热电偶内部结构示意图；
[0029]图2为本专利技术的一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测装置的工作原理图；
[0030]图3为本专利技术的信号处理电路板的工作原理图；
[0031]图4为本专利技术的温度监测装置用于多点测温的工作原理示意图；
[0032]图5为本专利技术的搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测装置的结构原理图。
[0033]附图中：
[0034]热电偶金属丝1；耐温绝缘层2；搅拌头3；工件4；焊机主轴5；锥套6；电池模块7；信号处理电路板8；夹套9。
具体实施方式
[0035]为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0036]本专利技术提供一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测装置，如图2
‑
图5所示，该温度监测装置包括：热电偶金属丝1；耐温绝缘层2；搅拌头3；工件4；焊机主轴5；锥套6；电池模块7；信号处理电路板8；夹套9。
[0037]热电偶金属丝1的材质与搅拌头3的材质不相同。热电偶金属丝1的材质采用镍硅合金；搅拌头3的材质为H13模具钢；工件4采用6061铝合金工件；耐温绝缘层2采用氧化铝绝缘陶瓷。
[0038]搅拌头3固定于夹套9内，夹套9与锥套6连接，锥套6安装于焊机主轴5上并随焊机主轴同步旋转，进而能够带动搅拌头3旋转。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测装置，其特征在于，所述的温度监测装置包括：热电偶金属丝(1)；耐温绝缘层(2)；搅拌头(3)；工件(4)；焊机主轴(5)；信号处理电路板(8)；热电偶金属丝(1)的材质与搅拌头(3)的材质不相同；搅拌头(3)被焊机的焊机主轴(5)带动旋转实现对工件(4进行施焊；搅拌头(3)的内部加工有阶梯孔；外周包覆有耐温绝缘层(2)的热电偶金属丝(1)置入该阶梯孔内，且热电偶金属丝(1)的两端部裸露，其中底部裸露端与搅拌头(3)与工件(4)的接触面平齐并与被施焊的工件(4)接触，形成测温点；上部裸露端与搅拌头(3)通过导线连接信号处理电路板(8)，形成导电回路；信号处理电路板(8)采集热电偶金属丝(1)与搅拌头(3)远离测温点一端的热电势E信号；通过信号处理电路板(8)将采集的热电势E信号传输给用于存储及呈现数据的上位机。2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测装置，其特征在于，所述的温度监测装置还包括：焊机主轴(5)；锥套(6)；夹套(9)；搅拌头(3)固定于夹套(9)内，夹套(9)与锥套(6)连接，锥套(6)安装于焊机主轴(5)上并随焊机的焊机主轴(5)同步旋转。3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测装置，其特征在于，所述的信号处理电路板(8)固定在锥套(6)上，并通过固定在锥套(6)内部的电池模块(7)供电。4.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度监测装置，其特征在于，所述信号处理电路板(8)包括：依次串联的放大器、信号处理模块、控制模块、无线发送模块，并通过供电模块提供电力；热电势E信号首先通过放大器放大处理，然后通过信号处理模块将热电势E信号转换对应的数字信号，控制模块对数字信号进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海军，
申请(专利权)人：湖南工商大学，
类型：发明
国别省市：