【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于摩擦焊，特別是涉及一種用于環狀結構摩擦焊輔助冷卻裝置及其工作方法。
技術介紹
1、近年來，慣性摩擦焊具有工藝參數少、穩定性高、熱輸入少、焊縫區間窄、接頭力學性能高等優點，在工業領域內有著巨大的潛力，很多產品應用于航空航天領域等，現有的慣性摩擦焊工藝過程為：將待焊工件分別固定在旋轉端和滑移端，當旋轉端的轉速達到設定值時，主軸的驅動馬達與旋轉端分離，滑移端由液壓伺服驅動，朝旋轉端方向移動，在接觸界面處產生摩擦熱，由于摩擦力的作用，材料在焊接界面處發生塑性變形，材料的溫度逐漸升高，當旋轉端的轉速下降到一定值時，開始對待焊工件進行頂鍛，保持一定時間后，滑移端退出，焊接結束后，根據相應材料特性、針對焊后及性能需求進行熱處理，對焊后進行淬火熱處理工藝，特別是環管結構采用慣性摩擦焊進行焊接，比如，應用于汽車、機床、風電等領域的齒輪環傳動部件，其在工作時需要承受來自傳動力和載荷的力，因此需要具備足夠高的強度以及需要滿足較高的材料綜合力學性能，進而需要在慣性摩擦焊焊接之后對焊縫處進行淬火工序。
2、但是由于是環管結構焊后內環表面散熱較慢、外環表面散熱快，從而導致焊接區域的冷卻速度不均勻，進而導致殘余應力存在梯度變化，影響焊接接頭的強度，內環表面散熱慢同樣會導致微觀組織變化不均勻，基于上述問題，本專利技術提出一種用于環管結構摩擦焊輔助冷卻裝置及其工作方法。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術旨在提出一種用于環狀結構摩擦焊輔助冷卻裝置及工作方法,以解決現有技術中由于大徑厚比
2、為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、一種用于環狀結構摩擦焊輔助冷卻裝置，包括尾座側夾具、主軸側夾具、惰性氣體連接管、氣體噴頭以及冷卻介質噴霧機構，所述尾座側夾具安裝在摩擦焊設備的移動滑臺箱體內，所述尾座側夾具內夾持有尾座側待焊件，所述主軸側夾具安裝在摩擦焊設備的主軸側箱體內，所述主軸側夾具內夾持有主軸側待焊件，所述主軸側待焊件內設有惰性氣體連接管，所述惰性氣體連接管的出口端與氣體噴頭連接，所述尾座側待焊件內側設有冷卻介質噴霧機構，所述冷卻介質噴霧機構與氣體噴頭皆處于主軸側待焊件與尾座側待焊件的焊縫處。
4、更進一步的，所述冷卻介質噴霧機構包括冷卻介質連接管、內部氣管、霧化噴嘴以及冷卻介質噴頭，所述冷卻介質連接管設置在尾座側待焊件內側，所述冷卻介質連接管內設置有內部氣管，所述內部氣管的出氣部位于冷卻介質噴頭內，所述冷卻介質噴頭通過過渡接頭與冷卻介質連接管連通，所述冷卻介質噴頭的外側均布有多個霧化噴嘴，所述內部氣管的出氣部位設有若干個出氣孔。
5、更進一步的，所述冷卻介質噴頭內設有隔板，所述隔板套接在內部氣管外側且位于內部氣管無出氣孔的部位，所述隔板上設有通孔。
6、更進一步的，所述內部氣管通過氣體噴管彎頭與氣源的輸出管路連接，所述冷卻介質連接管通過冷卻介質管彎頭與冷卻介質源的輸出管路連接，所述惰性氣體連接管與惰性氣體源的輸出管路連接。
7、更進一步的，所述冷卻介質連接管安裝在移動滑臺箱體內的固定座上設有的u型槽內。
8、更進一步的，所述固定座的側面與伸縮機構連接。
9、更進一步的，所述伸縮機構包括伸縮缸和連桿，所述連桿的一端與伸縮缸的輸出端連接，另一端與固定座連接，所述伸縮缸的固定端安裝在移動滑臺箱體內。
10、更進一步的，所述伸縮缸、惰性氣體源、氣源以及冷卻介質源皆與控制系統連接。
11、更進一步的，所述氣體噴頭上均布有若干個噴氣孔。
12、一種用于環狀結構摩擦焊輔助冷卻裝置的工作方法，它包括以下步驟：
13、步驟1：焊接前，通過尾座側夾具將尾座側待焊件夾持固定，通過主軸側夾具將主軸側待焊件夾持固定；
14、步驟2：焊接時，通過控制系統控制主軸側進行惰性氣體的充入對焊接過程進行保護；
15、步驟3：通過控制系統控制伸縮缸將冷卻介質噴頭的位置調整到焊接區域處；
16、步驟4：根據所需的冷卻效果，通過霧化噴嘴噴出所需的冷卻介質量，保證焊接接頭的效果。
17、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
18、1、本專利技術焊接后通過內部霧化噴管噴出氣霧對焊接接頭內部進行快速冷卻，使環管結構內外冷卻統一，同時達到淬火的效果，焊接環境快速冷卻至室溫以下，環管整體形成馬氏體結構，能夠大大增強焊縫的強度。
19、2、本專利技術通過快速冷卻可以促使金屬在焊接過程中形成細小的晶粒結構，提高焊接接頭的強度和韌性，細小的晶粒結構通常意味著更加均勻的力學性能和更好的抗拉伸新能。
20、3、本專利技術通過控制冷卻速率，氣霧冷卻可以有助于減少焊接接頭中殘余應力梯度，幫助焊接區域更快的達到穩定狀態，整體提高焊接接頭的質量和可靠性，能夠統一促進金屬的結晶過程，減少焊接缺陷的產生，提高焊接接頭的性能。
21、4、本專利技術焊接后通過內部霧化噴管噴出氣霧對環管結構焊接接頭進行急速降溫，可以迅速的冷卻焊接接頭，減少熱影響區域的擴散范圍，可以保證環管工件其他位置不受影響，同時提高焊縫質量。
22、5、本專利技術在焊接結束后，對焊接接頭進行冷卻，能夠強化接頭軟化區，提高焊接接頭的室溫和高溫抗拉強度以及焊接接頭的硬度，接頭組織變化，異種材料連接提高較弱材料弱化區性能。
23、6、在焊后及時對焊縫處進行快速冷卻，實現淬火的效果，能夠減少摩擦焊工藝過程中最后的熱處理工序，減少了工藝步驟，提高了工作效率，并且減少了對焊縫處二次加熱的過程，使焊縫組織一次成型，進一步的提高效率。
24、7、本專利技術在焊接過程進行惰性氣體的噴射可以在焊接過程中提供氧化保護，防止焊縫處金屬與空氣中氧氣發生氧化反應，保持焊縫處金屬的純凈度，減少氧化層的生成，進而提高焊接質量，噴射惰性氣體可以在焊接過程中保護焊縫處的金屬免受外部氣體的污染，減少焊縫處的夾雜物和氣孔的產生，提高焊接接頭的密封性和強度。
25、8、本專利技術在內部噴射惰性氣體可以幫助調節管體結構焊接區域的溫度分布變得更加均勻，減少焊接過程中的溫度梯度，減輕熱應力的影響，降低焊接過程中的變形和裂紋的風險。
26、9、本專利技術在內壁噴射惰性氣體可以減少焊接過程中產生的火花飛濺，降低對操作人員和設備的危害，提高工作環境的安全性，減少焊接過程中可能出現的缺陷，提高焊接接頭的質量和可靠性。
27、10、本專利技術可以隨時調整內部氣霧噴出組件的位置，由于在焊接過程中，焊縫位置是變化的，進而通過伸縮缸可以控制內部氣霧噴出組件的位置，使內部氣霧噴出組件一直與焊縫位置保持一致，保證焊縫處冷卻溫度的穩定。
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1.一種用于環管結構摩擦焊輔助冷卻裝置，其特征在于：包括尾座側夾具(5)、主軸側夾具(10)、惰性氣體連接管(13)、氣體噴頭(14)以及冷卻介質噴霧機構，所述尾座側夾具(5)安裝在摩擦焊設備的移動滑臺箱體(1)內，所述尾座側夾具(5)內夾持有尾座側待焊件(19)，所述主軸側夾具(10)安裝在摩擦焊設備的主軸側箱體(11)內，所述主軸側夾具(10)內夾持有主軸側待焊件(12)，所述主軸側待焊件(12)內設有惰性氣體連接管(13)，所述惰性氣體連接管(13)的出口端與氣體噴頭(14)連接，所述尾座側待焊件(19)內側設有冷卻介質噴霧機構，所述冷卻介質噴霧機構與氣體噴頭(14)皆處于主軸側待焊件(12)與尾座側待焊件(19)的焊縫處。
2.根據權利要求1所述的一種用于環管結構摩擦焊輔助冷卻裝置，其特征在于：所述冷卻介質噴霧機構包括冷卻介質連接管(6)、內部氣管(7)、霧化噴嘴(9)以及冷卻介質噴頭(15)，所述冷卻介質連接管(6)設置在尾座側待焊件(19)內側，所述冷卻介質連接管(6)內設置有內部氣管(7)，所述內部氣管(7)的出氣部位于冷卻介質噴頭(15)內，所述冷卻介
3.根據權利要求2所述的一種用于環管結構摩擦焊輔助冷卻裝置，其特征在于：所述冷卻介質噴頭(15)內設有隔板(8)，所述隔板(8)套接在內部氣管(7)外側且位于內部氣管(7)無出氣孔的部位，所述隔板(8)上設有通孔。
4.根據權利要求2所述的一種用于環管結構摩擦焊輔助冷卻裝置，其特征在于：所述內部氣管(7)通過氣體噴管彎頭(17)與氣源的輸出管路連接，所述冷卻介質連接管(6)通過冷卻介質管彎頭(18)與冷卻介質源的輸出管路連接，所述惰性氣體連接管(13)與惰性氣體源的輸出管路連接。
5.根據權利要求4所述的一種用于環管結構摩擦焊輔助冷卻裝置，其特征在于：所述冷卻介質連接管(6)安裝在移動滑臺箱體(1)內的固定座(4)上設有的U型槽內。
6.根據權利要求4所述的一種用于環管結構摩擦焊輔助冷卻裝置，其特征在于：所述固定座(4)的側面與伸縮機構連接。
7.根據權利要求6所述的一種用于環管結構摩擦焊輔助冷卻裝置，其特征在于：所述伸縮機構包括伸縮缸(2)和連桿(3)，所述連桿(3)的一端與伸縮缸(2)的輸出端連接，另一端與固定座(4)連接，所述伸縮缸(2)的固定端安裝在移動滑臺箱體(1)內。
8.根據權利要求7所述的一種用于環管結構摩擦焊輔助冷卻裝置，其特征在于：所述伸縮缸(2)、惰性氣體源、氣源以及冷卻介質源皆與控制系統連接。
9.根據權利要求1所述的一種用于環管結構摩擦焊輔助冷卻裝置，其特征在于：所述氣體噴頭(14)上均布有若干個噴氣孔。
10.一種如權利要求1-9中任意一項所述的用于環管結構摩擦焊輔助冷卻裝置的工作方法，其特征在于：它包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種用于環管結構摩擦焊輔助冷卻裝置，其特征在于：包括尾座側夾具(5)、主軸側夾具(10)、惰性氣體連接管(13)、氣體噴頭(14)以及冷卻介質噴霧機構，所述尾座側夾具(5)安裝在摩擦焊設備的移動滑臺箱體(1)內，所述尾座側夾具(5)內夾持有尾座側待焊件(19)，所述主軸側夾具(10)安裝在摩擦焊設備的主軸側箱體(11)內，所述主軸側夾具(10)內夾持有主軸側待焊件(12)，所述主軸側待焊件(12)內設有惰性氣體連接管(13)，所述惰性氣體連接管(13)的出口端與氣體噴頭(14)連接，所述尾座側待焊件(19)內側設有冷卻介質噴霧機構，所述冷卻介質噴霧機構與氣體噴頭(14)皆處于主軸側待焊件(12)與尾座側待焊件(19)的焊縫處。
2.根據權利要求1所述的一種用于環管結構摩擦焊輔助冷卻裝置，其特征在于：所述冷卻介質噴霧機構包括冷卻介質連接管(6)、內部氣管(7)、霧化噴嘴(9)以及冷卻介質噴頭(15)，所述冷卻介質連接管(6)設置在尾座側待焊件(19)內側，所述冷卻介質連接管(6)內設置有內部氣管(7)，所述內部氣管(7)的出氣部位于冷卻介質噴頭(15)內，所述冷卻介質噴頭(15)通過過渡接頭(16)與冷卻介質連接管(6)連通，所述冷卻介質噴頭(15)的外側均布有多個霧化噴嘴(9)，所述內部氣管(7)的出氣部位設有若干個出氣孔。
3.根據權利要求2所述的一種用于環管結構摩擦焊輔助冷卻裝置，其特征在于：所述冷卻介質噴頭(15)內設有隔板(8)，所述隔板(8)套接在內部...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王志永，張春波，周軍，烏彥全，梁武，李睿，趙玉珊，王祁，楊海峰，袁明強，李運雷，黃彩艷，秦豐，張雪龍，王浩，董志，林躍，
申請(專利權)人：中國機械總院集團哈爾濱焊接研究所有限公司，
類型：發明
國別省市：
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