[发明专利]一种能降低搅拌摩擦焊接板材残余应力的方法及装置

说明书

一种能降低搅拌摩擦焊接板材残余应力的方法及装置，其特征是在搅拌摩擦焊接用垫板上与焊缝相对位置处设置若干热源点，该热源点利用高频感应线圈加热产生热量，使热源点产生的热源与搅拌摩擦焊接过程产生的热量相匹配，并使该热量维持到整个焊接过程结束，降低搅拌头焊接区域与已焊接区域之间的温度梯度，在焊接完成后，控制热源的产热量，使焊接板材保温，达到消除接头内的机械残余应力，减少、消除焊接接头的残余应力。本发明能够有效的降低/消除FSW接头内残余应力，提高板材FSW接头质量和生产效率，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦焊接使用的装置，尤其是一种能降低/消除搅拌摩擦焊接板材残余应力的装置，具体地说是一种在搅拌摩擦焊中使用的垫板，通过该垫板的使用能够降低/消除搅拌摩擦焊接板材残余应力。

背景技术

搅拌摩擦焊（FSW）是1991年由英国焊接研究所（The Welding Institute, TWI）发明的（US 5460317）一种新型固相连接技术，该技术的原理是利用搅拌头与材料的强烈摩擦和对软化材料的搅拌作用，使焊缝连接区处于热塑性状态并使其趋于熔化、混合，随着搅拌头向前行进，在搅拌头的后方形成焊缝，完成固相连接。搅拌摩擦焊过程中，板材温度分布不均匀导致材料热变形的产生；搅拌头的机械作用导致板材塑性变形产生，所以在FSW 过程中板材内存在很大的残余应力。板材残余应力的存在极大降低了接头的抗疲劳性能和抗腐蚀性能。

为了降低接头的残余应力，发明专利“搅拌摩擦焊接表面残余应力控制方法及装置”（专利公开号：CN101774079B）涉及一种跟随搅拌头移动的保温箱，对处于焊接后的焊缝及母材进行保温，随即进入进行随炉冷却，以此达到降低搅拌摩擦焊接表面的残余应力。然而，这种方法没有减少残余应力的产生，效率低下；由于受保温箱的限制，该方法只适用于小型件和简单直线焊接的焊接，对大型件和复杂结构件效果不明显。

发明专利“一种搅拌摩擦焊装置”（专利公开号：CN103433616B）涉及一种搅拌摩擦焊装置，该装置通过在工件焊缝上方设置深冷处理箱和低温回火箱，通过冷热循环处理降低焊接过程中产生的热应力，提高焊接件的尺寸稳定性，并改善其机械性能。然而，此种方法仅仅是降低了焊接过程中的热应力，对接头内其余应力无效果，同时该方法过程、装置都很复杂，极大的降低了焊接效率。

发明内容

本发明的目的针对现有的搅拌摩擦焊接技术普遍存在焊接应力的问题，发明一种能降低搅拌摩擦焊接板材残余应力的方法，同时提供一种相应的焊接垫板装置。

本发明主要是采用在焊接板材底部增加一个附加线性点状热源，通过对线性点状热源不同时刻产热量的控制，使该附加热源在焊接过程中与搅拌头产生的热源保持一致，减少由于搅拌头产生热不均匀导致的残余应力产生。在已焊接区域保温直至焊接过程完成，降低搅拌头焊接区域与已焊接区域之间的温度梯度，减少因为热梯度产生的残余应力。在焊接完成后，控制热源的产热量，使焊接板材保温，达到消除接头内的机械残余应力的目的。从而减少/消除焊接接头的残余应力。

本发明的技术方案之一是：

一种能降低搅拌摩擦焊接板材残余应力的方法，其特征是在搅拌摩擦焊接用垫板上与焊缝相对位置处设置若干热源点，该热源点利用高频感应线圈加热产生热量，使热源点产生的热源与搅拌摩擦焊接过程产生的热量相匹配，并使该热量维持到整个焊接过程结束，降低搅拌头焊接区域与已焊接区域之间的温度梯度，在焊接完成后，控制热源的产热量，使焊接板材保温，达到消除接头内的机械残余应力，减少、消除焊接接头的残余应力。

所述的热源点的热量来源于高频感应线圈加热铁芯产生热量的传导，通过控制器控制所述的高频感应加热器线圈把铁芯从室温(20℃)加热到500℃所需时间为15s。