一种摩擦塞焊中的温度在线测量系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种摩擦塞焊中的温度在线测量系统。所述摩擦塞焊中的温度在线测量系统包括用于在摩擦塞焊过程中测量所需测温点温度的温度采集模块、用于对温度电信号进行转换处理的温度变送器传送模块和用于对温度数据进行处理分析的温度数据处理模块，所述温度采集模块、所述温度变送器传送模块和所述温度数据处理模块依次电连接设置；所述温度采集模块包括用于测量待加工工件温度的多个温度感应器，所述温度变送器传送模块包括多个温度变送器，每一所述温度感应器对应与一个所述温度变送器电连接设置，所述多个温度变送器均与所述温度数据处理模块电连接设置。
【专利说明】
一种摩擦塞焊中的温度在线测量系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种摩擦塞焊中的温度在线测量系统。
【背景技术】
[0002]摩擦塞焊是一项固相连接技术和修复技术，属于堆焊工艺，主要用于焊接缺陷的修补，具有环保、焊接速度快、可在恶劣环境中进行焊接等优点。摩擦塞焊可实现一次补焊便去除缺陷，而不似其他补焊方式需要反复多次打磨、堆焊，从而消除了熔焊修补堆焊时所引起的局部变形及随后的矫形工序。摩擦塞焊结合面处产生强烈的塑性变形，焊缝不出现金属熔化，不产生气孔，能够大幅改进补焊焊缝的力学性能、疲劳强度、断裂韧性和接头塑性，同时补焊后工件变形小、残余应力小，焊缝冶金和力学性能高。
[0003]摩擦塞焊的原理:采用塞棒在一定的压力或拉力条件下，利用驱动装置带动塞棒旋转;塞棒一边旋转一边下降;塞棒与待加工工件上的塞孔接触、摩擦、形成塑性金属;最后进行顶锻，塞棒停止转动，焊接完成。
[0004]摩擦产热是摩擦塞焊成形的关键因素，直接影响摩擦塞焊的成形质量。摩擦塞焊孔棒在准备过程中其形状和精度存在误差，影响热能的生成效率，但目前缺少研究。摩擦塞焊过程中温度场数值模拟，通过理论分析，建立其数学产热模型，在有限元分析软件中得到工件的温度场分布。为了更好的验证仿真得到的温度场分布，需要对待加工工件上的不同的测温点进行温度在线测量，由于温度测量点在待焊接塞孔的周围分布，而且测温点的深度需要有所不同。目前的摩擦塞焊中的测温点温度测量，都是在待加工工件的上表面插入热电偶，或从侧面插入热电偶，由于塞棒从工件上表面进给，有些测温点很难去测量，测量点的范围有限，故不能很好的验证仿真模拟得到的温度场;而且焊接过程中，热电偶探头与工件上测温点表面不能很好接触，会影响温度测量精度。
[0005]因此，有必要提出一种可以实时记录摩擦塞焊过程中温度变化的摩擦塞焊中的温度在线测量系统。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种可以实时记录摩擦塞焊过程中温度变化的摩擦塞焊中的温度在线测量系统。
[0007]本发明的技术方案如下:一种摩擦塞焊中的温度在线测量系统包括用于在摩擦塞焊过程中测量所需测温点温度的温度采集模块、用于对温度电信号进行转换处理的温度变送器传送模块和用于对温度数据进行处理分析的温度数据处理模块，所述温度采集模块、所述温度变送器传送模块和所述温度数据处理模块依次电连接设置;所述温度采集模块包括用于测量待加工工件温度的多个温度感应器，所述温度变送器传送模块包括多个温度变送器，每一所述温度感应器对应与一个所述温度变送器电连接设置，所述多个温度变送器均与所述温度数据处理模块电连接设置。
[0008]优选地，所述温度采集模块还包括用于固定待加工工件的垫板和在所述垫板内部往复滑动的多个滑块，所述垫板内部形成有多个滑槽，所述多个滑块分别对应在所述多个滑槽内滑动。
[0009]优选地，每一所述滑块内部形成有螺纹，且每一所述温度感应器通过所述螺纹与一个所述滑块啮合连接。
[0010]优选地，所述温度感应器与所述滑块之间设置有用于连接防松的垫片。
[0011 ]优选地，所述垫板和所述待加工工件均由相同的材料加工而成。
[0012]优选地，所述温度数据处理模块包括与所述温度变送器传送模块电连接的数据采集卡和用于存储和显示工件上测温点的实时温度数据的PC机，所述PC机与所述采集卡电连接设置。
[0013]优选地，所述温度感应器是热电偶。
[0014]本发明的有益效果在于:所述摩擦塞焊中的温度在线测量系统将温度感应器从待加工工件底部埋入工件内，而且所述温度感应器可以在滑槽内随着滑块移动，所述温度感应器埋入工件的深度也可以调节，这样得到的测温点范围更为广泛，而且可以记录摩擦塞焊过程中温度的实时变化，测量更加可靠，能够满足对摩擦塞焊中的温度场仿真模拟结果的验证。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例提供的摩擦塞焊中的温度在线测量系统的结构框图；
[0016]图2为图1所示摩擦塞焊中的温度在线测量系统中温度采集模块的结构示意图；
[0017]图3为待加工工件上测温点的分布示意图；
[0018]图4为图3中A-A面的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]除非上下文另有特定清楚的描述，本发明中的元件和组件，数量既可以单个的形式存在，也可以多个的形式存在，本发明并不对此进行限定。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。
[0021]请参阅图1，为本发明实施例提供的摩擦塞焊中的温度在线测量系统的结构框图。在本实施例中，所述摩擦塞焊中的温度在线测量系统100测量的代加工工件整体可以为平板结构，且在所述代加工工件中间部位形成贯穿所述待加工工件的塞孔，每一所述塞孔周围均匀分布多个测温点。
[0022]具体地，所述摩擦塞焊中的温度在线测量系统100包括用于在摩擦塞焊过程中测量所需测温点温度的温度采集模块10、用于对温度电信号进行转换处理的温度变送器传送模块20和用于对温度数据进行处理分析的温度数据处理模块30，所述温度采集模块10、所述温度变送器传送模块20和所述温度数据处理模块30依次电连接设置。
[0023]请同时参阅图2，所述温度采集模块10包括用于测量待加工工件温度的多个温度感应器11、用于固定待加工工件的垫板12和在所述垫板12内部往复滑动的多个滑块13。其中，所述垫板12整体为板状结构，并在其内部形成有在所述垫板12所在平面内滑动的多个滑槽121，所述多个滑块13分别对应在所述多个滑槽121内滑动。而且，每一所述滑块13内部形成有螺纹，且每一所述温度感应器11通过所述螺纹与一个所述滑块13啮合连接。优选地，所述温度感应器11是热电偶。
[0024]可选择地，所述垫板12可以包括四个所述滑槽121，四个所述滑槽121相互连通构成十字星状。且在每一所述滑槽121内，所述滑块13可以沿所述滑槽12滑动，并带动所述温度感应器11移动。
[0025]在本实施例中，所述温度感应器11与所述滑块13啮合连接，从而使得所述温度感应器11可以通过调节旋入所述滑块13的深度而调整所述温度感应器11在所述待加工工件内的测温深度。
[0026]进一步地，为了保证所述垫板12与所述待加工工件之间的热变形相一致，优选地，所述垫板12与所述待加工工件均由相同的材料加工而成。
[0027]而且，为了保证所述温度感应器11与所述滑块13之间的连接牢固性，在所述温度感应器11与所述滑块13之间还设置有用于连接防松的垫片。可选择地，所述垫片是铜金属垫片。
[0028]所述温度变送器传送模块20包括多个用于进行温度电信号变换的温度变送器。而且，每一所述温度感应器11对应与一个所述温度变送器电连接设置，所述多个温度变送器均与所述温度数据处理模块30电连接设置。
[0029]在所述温度变送器传送模块20内，所述温度电信号经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的0-5V电压信号输出。
[0030]所述温度数据处理模块30包括与所述温度变送器传送模块20电连接的数据采集卡31和用于存储和显示工件上测温点的实时温度数据的PC机32，所述PC机32与所述采集卡31电连接设置。
[0031]具体地，所述数据采集卡31分别与所述温度变送器传送模块20的每一温度变送器电连接设置，并接收来自所述温度变送器的温度电信号。
[0032]在本实施例中，所述数据采集卡31选用AdvantechUSB-4704，其采样频率为1000Hz，具有8个数据采集通道，最多可以采集8个不同的信号。而且，所述数据采集卡31将采集到的温度电信号传送到所述PC机32，从而完成对数据的处理和分析。
[0033]当所述摩擦塞焊中的温度在线测量系统100工作时，所述待加工工件固定在所述垫板12表面，且所述待加工工件的测温点50朝向所述垫板12设置。由于所述温度感应器11螺纹连接在所述滑块13上，所述滑块13在所述垫板12的滑槽121内移动，可以带动所述温度感应器11在所述滑槽121内移动。
[0034]进一步地，由于所述温度感应器11需要埋入所述待加工工件内测温，即所述温度感应器11需要从所述待加工工件底部部分插入所述待加工工件内，则可以通过调节所述温度感应器11旋入所述滑块13的深度而调节所述温度感应器11在所述待加工工件内的测温深度，从而扩大所述待加工工件上测温点分布范围。
[0035]当所述温度感应器11监测到所述待加工工件的实时温度电信号后，将所述温度电信号发送至相对应的所述温度变送器进行转换处理，并最后通过所述温度变送器发送至所述温度数据处理模块30的数据采集卡31;所述数据采集卡31通过USB接口连接到所述PC机32，且所述PC机32上的数据管理系统显示记录实时温度数据，并在实验结束后，对采集到的温度数据进行分析处理。
[0036]以4mm的7075T6铝合金板为例，对该工件的塞孔进行摩擦塞焊，参见图3，在塞孔40的周围，上下距离塞孔中心为18mm的两个盲孔50，所述盲孔50深度不同，左右距离塞孔中心为16mm的两个盲孔50，盲孔50深度不同，参见图4，上下两个盲孔50深度分别为1mm、2mm，未表示的左右两个盲孔50深度也分别为参见图2，将工件放到垫板上，上下、左右调节四个热电偶的位置，使得热电偶的探头深入到盲孔50底部，固定工件在垫板上;热电偶的输出和温度变送器连接好，温度变送器输出连到数据采集卡，数据采集卡通过USB接口，连到PC机上，打开PC机上的采集数据界面，该采集数据界面是在LabVIEW软件中开发实现的；摩擦塞焊过程中，四个热电偶对塞焊加工区域实时温度监控。
[0037]相较于现有技术，本发明提供的摩擦塞焊中的温度在线测量系统将温度感应器从待加工工件底部埋入工件内，而且所述温度感应器可以在滑槽内随着滑块移动，所述温度感应器埋入工件的深度也可以调节，这样得到的测温点范围更为广泛，而且可以记录摩擦塞焊过程中温度的实时变化，测量更加可靠，能够满足对摩擦塞焊中的温度场仿真模拟结果的验证。
[0038]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0039]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种摩擦塞焊中的温度在线测量系统，其特征在于，包括用于在摩擦塞焊过程中测量所需测温点温度的温度采集模块、用于对温度电信号进行转换处理的温度变送器传送模块和用于对温度数据进行处理分析的温度数据处理模块，所述温度采集模块、所述温度变送器传送模块和所述温度数据处理模块依次电连接设置； 所述温度采集模块包括用于测量待加工工件温度的多个温度感应器，所述温度变送器传送模块包括多个温度变送器，每一所述温度感应器对应与一个所述温度变送器电连接设置，所述多个温度变送器均与所述温度数据处理模块电连接设置。2.根据权利要求1所述的摩擦塞焊中的温度在线测量系统，其特征在于:所述温度采集模块还包括用于固定待加工工件的垫板和在所述垫板内部往复滑动的多个滑块，所述垫板内部形成有多个滑槽，所述多个滑块分别对应在所述多个滑槽内滑动。3.根据权利要求2所述的摩擦塞焊中的温度在线测量系统，其特征在于:每一所述滑块内部形成有螺纹，且每一所述温度感应器通过所述螺纹与一个所述滑块啮合连接。4.根据权利要求3所述的摩擦塞焊中的温度在线测量系统，其特征在于:所述温度感应器与所述滑块之间设置有用于连接防松的垫片。5.根据权利要求2所述的摩擦塞焊中的温度在线测量系统，其特征在于:所述垫板和所述待加工工件均由相同的材料加工而成。6.根据权利要求1所述的摩擦塞焊中的温度在线测量系统，其特征在于:所述温度数据处理模块包括与所述温度变送器传送模块电连接的数据采集卡和用于存储和显示工件上测温点的实时温度数据的PC机，所述PC机与所述采集卡电连接设置。7.根据权利要求1所述的摩擦塞焊中的温度在线测量系统，其特征在于:所述温度感应器是热电偶。
【文档编号】G01K7/04GK106092355SQ201610561306
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】闫崇京, 司佩强, 陆鹏
【申请人】南京航空航天大学