一种冷却系统及具有冷却功能的搅拌摩擦焊接装置的制作方法

本发明涉及一种静止轴肩辅助搅拌摩擦焊接装置，尤其涉及一种具有冷却功能的搅拌摩擦焊接装置。

背景技术：

搅拌摩擦焊作为一种固相连接技术，在铝合金与镁合金的连接已经取得了突破性的进展，并且广泛的应用于航空航天、汽车船舶以及电子等制造行业。为了使搅拌摩擦焊实现高温金属的连接，目前已经采用了较多的方法，其中静止轴肩辅助方式在钛合金的连接中已经得到实现。

静止轴肩具有随焊碾压和吸热的作用，在焊接中不仅可以对焊缝处材料施加顶锻作用，在焊接中可以带走焊缝内部产生过多的热量。因此，静止轴肩可以有效的增加焊缝成形质量。当焊接高温金属或进行长距离焊接时，随着焊接的进行，静止轴肩体不断吸收热量，其吸热效果会严重下降。因此，常规静止轴肩辅助工艺在连续焊接中难以获得质量均匀的焊缝。

当连续焊接较长的时间，焊缝内产生的热量通过静止轴肩与搅拌头会传递至主轴，当主轴过高会影响其使用性能及寿命。为了使主轴连续工作，通常主轴中间加水冷的方式进行降温。然而，主轴中空会降低承载能力，且主轴长时间在水作用下会被腐蚀。此种方法会严重降低设备的使用寿命。

现有技术中，有采用水冷辅助方式对法兰进行散热，由于法兰距离搅拌针较远，散热效果难以达到理想的程度；也有通过水冷方式降低空心搅拌头，然而空心搅拌头在焊接轻度较高材料时难以保证强度。此外，利用搅拌头旋转产生的离心力将搅拌头内部的水甩出去，难以量化控制，并且水蒸气的长期存在会严重影响主轴的性能；还有通过搅拌头水冷的方式降低焊接中热输入，在搅拌头内部设有水冷腔，当空腔结构较小时，难以产生较好的降温效果。当内部水冷腔尺寸较大的时候，难以保证搅拌头的刚度。

技术实现要素：

针对以上问题，本实用新型在此基础之上提出一种具有冷却功能的搅拌摩擦焊接装置，在静止轴肩体上采用辅助冷却的方式，可以使得搅拌头快速散热从而实现连续焊接，有效避免搅拌头因为过热而磨损；结构简单，易于维护。

本实用新型提出一种冷却系统，包括热交换组件和温度控制组件，其特征在于，所述热交换组件，包括第一管道单元，所述第一管道单元用于在热交换组件中提供冷却液体的流通通道；所述第一管道单元设置于搅拌摩擦焊接装置的轴肩处；

所述第一管道单元通过输入接口和输出接口与所述温度控制组件的第二管道单元相连通；

所述温度控制组件，用于从输出接口处接收来自于第一管道单元中的冷却液体，经过温度处理后，从输入接口将所述冷却液体输入至所述第一管道单元。

所述第一管道单元，设置于所述轴肩的外表面、内表面和所述轴肩内中的至少一处；所述第一管道单元包括至少一条环绕所述轴肩轴向的螺旋式管道；当所述第一管道单元设置于所述轴肩内时，所述螺旋式管道贯通于所述轴肩之中。

所述温度控制组件，包括第二管道单元、温度采集装置、动力装置、计算装置和控温装置；

所述第二管道单元经输出接口接收来自第一管道单元的冷却液体，并经过控温装置来降低第二管道单元中冷却液体的温度；

所述温度采集装置采集所述轴肩和/或所述输出接口处的温度，所述计算装置根据采集的温度，向所述动力装置发出指令，以调整第二管道单元中经输入接口向所述第一管道单元中输入的冷却液体的流速。

具体而言，

所述第二管道单元，分别经过输入和输出接口与所述第一管道单元相连通；所述第二管道单元与控温装置相耦接，所述控温装置对第二管道单元中的冷却液体的温度进行降温；所述第二管道单元与所述动力装置相耦接，所述动力装置用于调整第二管道单元经由输入接口向第一管道单元输出的冷却液体的速度。

所述温度采集装置，与所述计算装置耦接，用于采集所述轴肩和/或所述输出接口处的温度，并将采集的温度提供给计算装置；所述计算装置，与动力装置耦接，用于基于采集的温度向所述动力装置发出指令；所述动力装置，与计算装置耦接，用于根据从计算装置接收到的指令，来调整向输入接口输入冷却液体的速度。

所述温度采集装置分别位于轴肩下表面以及输出接口附近的第二管道单元上，分别采集轴肩下表面与输出冷却液体的温度。

所述计算装置，判定轴肩下表面温度或从第一管道单元输出的冷却液体温度超过预设温度时，向动力装置发出指令，以指示动力装置提高向输入接口输入冷却液体的速度。

所述输入接口和输出接口，均采用橡胶塞进行封闭；所述输入接口和输出接口的内径均大于第二管道单元的内径；所述温度采集装置在所述轴肩下表面处，距离轴肩内径边缘为0.1～2mm。

本实用新型还提出一种搅拌摩擦焊接装置，其包括搅拌头和轴肩，所述轴肩具有中空结构，所述搅拌头穿过轴肩与主轴相连，所述轴肩和搅拌头同轴；所述搅拌头在焊接状态下随主轴旋转；其特征在于，所述焊接装置采用了如前所述的冷却系统。

本实用新型通过在静止轴肩体内部制备连续且贯通的冷却通道，便于冷却介质在其内部流动；外部采用温度反馈调节系统，对静止轴肩内部水温以及静止轴肩表面温度进行调节；在静止轴肩底部以及出水口设置两个温度传感器，分别监控静止轴肩表面温度以及出水口温度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的设于轴肩之内的冷却系统的整体示意图；

附图标记说明：1-进水口；2，出水口；3-水泵；4a-温度传感器；4b-温度传感器；5-恒温冷水箱

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实用新型提出一种冷却系统，包括热交换组件和温度控制组件，其特征在于，

所述热交换组件，包括第一管道单元，所述第一管道单元用于在热交换组件中提供冷却液体的流通通道；

所述第一管道单元通过输入接口和输出接口与所述温度控制组件的第二管道单元相连通；其中，如图1所示，所述输入接口为进水口1，所述输出接口为出水口2，所述进水口1和出水口2分别用于冷却液体的流入和流出；

所述温度控制组件，用于从输出接口处接收来自于第一管道单元中的冷却液体，经过温度处理后，从输入接口将所述冷却液体输入至所述第一管道单元；

所述热交换组件，设置于搅拌摩擦焊接装置的轴肩处。优选地，所述热交换组件，设置于所述轴肩的外表面、内表面和所述轴肩内中的一处或多处；

优选地，所述热交换组件的第一管道单元包括至少一条环绕所述轴肩轴向的螺旋式管道，该环绕所述轴肩轴向的螺旋式管道见图1中的静止轴肩处所述的管道。当所述热交换组件设置于所述轴肩内时，所述螺旋式管道贯通于所述轴肩之中。

所述输入接口和输出接口，均采用橡胶塞进行封闭，以防止冷却液体泄漏；更进一步，可以采用高温密封胶密封。

所述温度控制组件，包括第二管道单元、温度采集装置、动力装置、计算装置和控温装置。

所述第二管道单元，分别经过输入和输出接口与所述第一管道单元相连通，所述第二管道单元与控温装置相耦接，所述控温装置对第二管道单元中的冷却液体的温度进行降温，其中，如图1所示，所述控温装置为恒温冷水箱5；所述第二管道单元与所述动力装置相耦接，如图1所示，所述动力装置为水泵3，所述动力装置用于调整第二管道单元经由输入接口向第一管道单元输出的冷却液体的速度。

所述温度采集装置，与所述计算装置耦接，用于采集所述轴肩和/或所述输出接口处的温度，并将采集的温度提供给计算装置(未示出)；所述计算装置，与动力装置耦接，用于基于采集的温度向所述动力装置发出指令；所述动力装置，与计算装置耦接，用于根据从计算装置接收到的指令，来调整向输入接口输入冷却液体的速度；

优选地，所述第二管道单元为介质软管；所述动力装置为转速可调的泵；

优选地，所述输入和输出接口的内径均大于第二管道单元的外径；

输入接口与输出接口的橡胶塞中间开孔尺寸略大于第二管道单元的内径。

在一个优选的实施例中，所述温度采集装置分别位于轴肩下表面以及输出接口附近的第二管道单元上，如图1所示，位于轴肩下表面的温度采集装置为温度传感器4a，位于输出接口附近的第二管道单元上的温度采集装置为温度传感器4b，分别采集轴肩下表面与输出冷却液体的温度。

所述温度采集装置在所述轴肩下表面处，距离轴肩内径边缘为0.1～2mm，采用此位置，主要是因为距离焊缝距离越近越容易估算焊缝区域的峰值温度。

所述计算装置，判定轴肩下表面温度或从第一管道单元输出的冷却液体温度超过预设温度时，向动力装置发出指令，以指示动力装置提高向输入接口输入冷却液体的速度，从而提高搅拌摩擦焊装置的散热效率。

优选地，所述搅拌摩擦焊接装置中，搅拌头与轴肩之间具有缝隙，所述缝隙宽度为为0.1～0.2mm，以防止两者直接接触而发生较大磨损，同时避免两者之间的距离过大而导致的散热差的问题。

本实用新型的优点：

1、可以有效的降低焊接中的峰值温度，降低焊缝两侧的热影响区域。

2、可以有效的降低搅拌头与主轴的温度，减少搅拌头的磨损，增加主轴工作时间。

3、可以保证焊接中静止轴肩具有持续的吸热作用，提高焊缝质量的均匀性，保证组织的均匀性。

4、可以避免主轴因为浸水而发生腐蚀，搅拌头因为开孔而强度不足的问题。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。