一种实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头的制作方法

1.本实用新型属于焊接温度测量技术领域，尤其涉及一种实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头。


背景技术：

2.搅拌摩擦焊作为一种先进的焊接技术，广泛应用于航空航天等领域。焊接温度是影响搅拌摩擦焊接头质量的关键因素，是判断焊缝质量的关键指标，因此对焊缝区温度进行测量具有很大的工程意义。焊缝区因在焊接时具有复杂的材料流动行为，测温探头不易伸入焊缝区进行测温。常规的搅拌摩擦焊焊缝温度测量通过一系列的测温装置进行，测量步骤繁琐，严重影响测量效率。
3.目前，大多数的搅拌摩擦焊测温装置和方法只能测量焊缝表面温度，对焊接具有重要参考意义的焊缝中心区域温度不能测量，实用性较低。如申请号为cn201910915508.7的专利文件公开了一种搅拌摩擦焊实时温度场监测系统及控制方法，该发明通过红外测温系统测得焊缝区表面的温度；申请号为cn201710612418.1的专利文件公开了一种搅拌针长度可调的搅拌摩擦焊装置及焊接方法，该发明通过轴肩下方的温度传感器对焊缝区温度进行测量。这两种方法均无法对焊缝中心区域的温度进行测量，同时需要配套测量装置，且增加准备程序的复杂性。
4.少数发明虽然可以对焊缝中心区域温度进行测量，但是需要复杂的配套装置，并且测量装置与搅拌头需要线缆连接，不利于搅拌头的高速旋转，也大大增加了测量前准备工序的复杂性。如申请号为cn201310611357.9的专利文件公开了搅拌摩擦焊接摩擦界面温度测量装置，该发明通过在搅拌头内布置热电偶并通过配套的测温装置对焊缝中心区域温度实时测量。该方法需要一系列配套的测量装置，且测量准备工序较为复杂。
5.还存在一种利用钎料测量搅拌摩擦焊焊核区温度的方法，但这种方法无法实时获得焊缝温度，只能在焊后切开工件，才能够确定焊缝的最高温度。如申请号为cn201610473159.4的专利文件公开了一种钎料辅助测量搅拌摩擦焊过程中焊核区温度的方法，该方法通过焊核区布置一定数量的锌铝钎料，焊接时通过钎料熔化程度判断焊核区峰值温度。但是该方法中，钎料留在板材内，影响焊接接头的质量，并且需要将焊缝切开并观察金相才能判断，步骤复杂。
6.需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头，可以在焊接过程中实时测量焊缝中心区域的温度，实现搅拌摩擦焊过程中搅拌针的温度的实时体现，可以在焊接过程中直接获得搅拌针的温度区间，对焊接过程中参数的调整提供参考条件，有利于实现更高效率和质量的焊接，并且不会对搅拌头的转动造成干扰，结构简单，可操作性强，适用于实际生产过程，成本低，测量使用简单方便，实用
性强。
8.为实现上述目的，本实用新型提出了一种实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头，其特征在于，所述实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头包括搅拌头本体、测温元件和多色指示灯，所述搅拌头本体底部中央沿轴向向外凸出设置有搅拌针，所述搅拌头本体内部设置有中空腔体；所述测温元件固定设置于所述中空腔体内，并紧贴所述中空腔体的靠近所述搅拌针的底部内壁，所述测温元件用于感测所述搅拌针的温度；所述多色指示灯固定设置于所述搅拌头本体的外周，并与所述测温元件电连接，所述多色指示灯能够根据所述测温元件测量的温度发出不同颜色的光，以指示所述搅拌针的温度区间。
9.在一个示例中，所述实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头还包括电源和控制器，所述电源和所述控制器设置于所述中空腔体内，且所述测温元件、所述电源、所述控制器和所述多色指示灯通过导线串联连接。
10.在一个示例中，所述中空腔体分为远离所述搅拌针的低温区和靠近所述搅拌针的测温区，所述电源和所述控制器设置于所述低温区。
11.在一个示例中，所述测温元件、所述控制器和所述电源通过绝缘且耐高温的胶水胶粘固定于所述搅拌头本体的所述中空腔体的内壁。
12.在一个示例中，所述控制器具有无线通信单元，所述控制器通过所述无线通信单元向外传输温度信息。
13.在一个示例中，所述测温元件为热敏电阻，所述控制器根据电路的电流判断所述搅拌针的温度，并控制所述多色指示灯发出不同颜色的光。
14.在另一个示例中，所述测温元件为热电偶，所述控制器根据所述热电偶的电压判断所述搅拌针的温度，并控制所述多色指示灯发出不同颜色的光。
15.在一个示例中，所述中空腔体延伸至所述搅拌针内，并设置有平行于所述搅拌针端面的安装平面，所述测温元件紧贴所述安装平面固定安装。
16.在一个示例中，所述搅拌头本体的周向外侧壁开设有安装孔，所述安装孔与所述中空腔体连通，所述多色指示灯通过所述安装孔嵌入安装于所述搅拌头本体的外周。
17.在一个示例中，所述搅拌头本体还设置有冷却入口，所述冷却入口与所述中空腔体连通，以向所述中空腔体内通入冷却气体。
18.在一个示例中，所述实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头具有适用于不同的被焊材料的多种型号，不同型号的所述实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头具有不同测温范围的所述测温元件和/或多色指示灯，其中，所述测温范围与所述被焊材料的焊接温度范围相适配。
19.通过本实用新型提出的一种实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头能够带来如下有益效果：
20.1、通过设置测温元件，可以在焊接过程中实时测量焊缝中心区域的温度，实现搅拌摩擦焊过程中搅拌针的温度的实时体现，同时通过外置的多色指示灯，可以在焊接过程中直接判断搅拌针当前的温度区间，对焊接过程中参数的调整提供参考条件，有利于实现更高效率和质量的焊接，并且内部为中空结构的搅拌头本体，测温元件内置于搅拌头本体内部，与外界无电线等相连，不会对搅拌针的转动造成干扰，结构简单，可操作性强，适用于实际生产过程，成本低，测量使用简单方便，实用性强。
21.2、通过设置电源和控制器与测温元件及多色指示灯组成测温电路，能够分析处理通过测温元件的电学信息，以判断测温元件的温度区间，并控制多色指示灯发出对应颜色的灯光，能够实时显示搅拌针的温度区间，而且整个测温电路集成设置于搅拌头本体内部的中空结构内，与外界无电线等相连，不会对搅拌头本体的转动产生干扰，结构简单，体积小，成本低，可操作性强，适用于实际的生产过程，实用性强。
22.3、通过使电源、控制器和多色指示灯远离搅拌针，能够避免其被焊接时产生的高温损坏，保证电子元件的正常工作，保证测温功能的正常使用。
23.4、通过绝缘且耐高温的胶水将电子元件固定于搅拌头本体，保证在搅拌头本体高速旋转时电子元件能够相对于搅拌头本体固定，避免损坏电子元件或改变电子元件之间的连接关系，保证测温功能的正常使用，实用性强。
24.5、通过设置无线通信单元，能够实时传输温度信号，方便记录和统计温度信息，且数据精度高，利于数据分析，实用性强。
25.6、通过将测温元件设置于搅拌针内，并紧贴安装平面固定，能够减小测温元件与焊缝中心的距离，减小温度测量的系统误差，提高测温精度。
26.7、通过设置安装孔，便于导线的布线连接，且能够使多色指示灯嵌入搅拌头本体，提高多色指示灯的使用寿命，保证测温功能的正常使用，实用性强。
27.8、通过设置冷却入口，能够向中空腔体内通入冷却气体，以降低电子元件的温度，保护电子元件，延缓电子元件的老化与损坏，延长其使用寿命。
28.9、通过设置多种实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头，能够根据不同的被焊材料选用合适的实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头，增强使用性能，保证测量精度和测温范围，适用范围更广，实用性强。
附图说明
29.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
30.图1为本实用新型的一种实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头的结构示意图；
31.图2为本实用新型的搅拌头本体的结构示意图。
具体实施方式
32.为了更清楚的阐释本实用新型的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
33.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个方案”、“一些方案”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该方案或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个方案或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的方案或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个方案或示例中以合适的方式结合。
37.如图1和图2所示，本实用新型的实施例提出了一种实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头100，其包括搅拌头本体1、测温元件2和多色指示灯3，搅拌头本体1底部中央沿轴向向外凸出设置有搅拌针11，搅拌头本体1内部设置有中空腔体12；测温元件2固定设置于中空腔体12内，并紧贴中空腔体12的靠近搅拌针11的底部内壁，测温元件2用于感测搅拌针11的温度；多色指示灯3固定设置于搅拌头本体1的外周，并与测温元件2电连接，多色指示灯3能够根据测温元件2测量的温度发出不同颜色的光，以指示搅拌针11的温度区间。通过设置测温元件2，可以在焊接过程中实时测量焊缝中心区域的温度，实现搅拌摩擦焊过程中搅拌针11的温度的实时体现，同时通过外置的多色指示灯3，可以在焊接过程中直接判断搅拌针11当前的温度区间，对焊接过程中参数的调整提供参考条件，有利于实现更高效率和质量的焊接，并且内部为中空结构的搅拌头本体1，测温元件2内置于搅拌头本体1内部，与外界无电线等相连，不会对搅拌针11的转动造成干扰，结构简单，可操作性强，适用于实际生产过程，成本低，测量使用简单方便，实用性强。
38.在一个具体实施例中，多色指示灯3为七色led灯。
39.具体地，实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头100还包括电源4和控制器5，电源4和控制器5设置于中空腔体12内，且测温元件2、电源4、控制器5和多色指示灯3通过导线串联连接。通过设置电源4和控制器5与测温元件2及多色指示灯3组成测温电路，能够分析处理通过测温元件2的电学信息，以判断测温元件2的温度区间，并控制多色指示灯3发出对应颜色的灯光，能够实时显示搅拌针11的温度区间，而且整个测温电路集成设置于搅拌头本体1内部的中空结构内，与外界无电线等相连，不会对搅拌头本体1的转动产生干扰，结构简单，体积小，成本低，可操作性强，适用于实际的生产过程，实用性强。
40.具体地，中空腔体12分为远离搅拌针11的低温区和靠近搅拌针11的测温区，电源4和控制器5设置于低温区。通过使电源4、控制器5和多色指示灯3远离搅拌针11，能够避免其被焊接时产生的高温损坏，保证电子元件的正常工作，保证测温功能的正常使用，实用性强。
41.在一个具体实施例中，低温区和测温区之间使用绝热材料隔离；电源4、控制器5和多色指示灯3的温度均不超过50℃。
42.具体地，测温元件2、控制器5和电源4通过绝缘且耐高温的胶水胶粘固定于搅拌头本体1的中空腔体12的内壁。通过绝缘且耐高温的胶水将电子元件固定于搅拌头本体1，保证在搅拌头本体1高速旋转时电子元件能够相对于搅拌头本体1固定，避免损坏电子元件或改变电子元件之间的连接关系，保证测温功能的正常使用，实用性强。
43.在一个具体实施例中，绝缘且耐高温的胶水可以为耐400℃高温yk
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8902单组份高温结构胶，其为单组份、常温固化、耐高温400℃的特殊高分子粘合剂，适用于金属、陶瓷、玻璃、玻纤、塑料、木材、保温棉等材料的粘接、填补及密封，具有良好的防水，耐老化，抗震，耐酸碱，高强度的性能；绝缘且耐高温的胶水也可以为耐1300℃高温密封胶水yk
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8907，其为耐高温1300℃的特殊环氧材料粘合剂，适用于金属、陶瓷、玻璃、玻纤、石棉、石墨局部缺陷的填补、粘接及密封，具有良好的防潮，抗震，防漏电，耐酸碱的性能；绝缘且耐高温的胶水还可以为耐1700℃高温热电偶密封胶水yk
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8909，其为双组份灰白色无机硅铝酸盐材料，套接强度高，耐热温度达1700℃，高温绝缘性好，耐油、耐酸碱。
44.具体地，控制器5具有无线通信单元，控制器5通过无线通信单元向外传输温度信息。通过设置无线通信单元，能够实时传输温度信号，方便记录和统计温度信息，且数据精度高，利于数据分析，实用性强。
45.具体地，在一个实施例中，测温元件2为热敏电阻，控制器5根据电路的电流判断搅拌针11的温度，并控制多色指示灯3发出不同颜色的光，从而通过多色指示灯3的颜色判断热敏电阻的温度。热敏电阻能够利用电阻值随温度变化的特性，将温度信号转化为电信号，实现对温度的测量。在本实施例中，测温原理为：搅拌摩擦焊过程中，搅拌针11的温度会升高，从而使得热敏电阻的阻值变化，最终导致电路电流变化，控制器5根据电流的变化以一定的对应关系控制多色指示灯3发出不同的颜色的灯光。操作人员可在焊接过程中根据灯光的颜色判断搅拌针11的温度区间。
46.在一个具体实施例中，以铝合金搅拌摩擦焊为例，正常焊接过程中搅拌针11的温度一般在300～650℃之间，以50℃作为温度间隔，分别测量热敏电阻在350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃和650℃时的电阻值，再计算出这些温度下电路的电流分别为i1、i2、i3、i4、i5、i6、i7，然后设定控制器5在这7个电流的电流区间控制多色指示灯3分别发出7种颜色的灯光，例如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，7种颜色与电流区间一一对应，而电流又与温度一一对应，所以多色指示灯3的灯光颜色对应于搅拌针11当前所处的温度区间，从而可以根据灯光的颜色判断搅拌针11的温度区间。
47.对于其他材料搅拌摩擦焊接时，其温度判断方法与铝合金搅拌摩擦焊的温度判断方法类似。
48.在另一个实施例中，测温元件为热电偶，控制器5根据热电偶的电压判断搅拌针11的温度，并控制多色指示灯3发出不同颜色的光。热电偶测量范围广，精度高，惯性小，输出信号便于远传，可靠性高，而且热电偶测量时无需外加电源，结构简单，制造和使用方便，实用性强。
49.具体地，中空腔体12延伸至搅拌针11内，并设置有平行于搅拌针11端面的安装平面111，测温元件2紧贴安装平面111固定安装。通过将测温元件2设置于搅拌针11内，并紧贴
安装平面111固定，能够减小测温元件2与焊缝中心的距离，减小温度测量的系统误差，提高测温精度，实用性强。
50.在一个具体实施例中，搅拌头本体1的上部中空腔体12采用分体式结构，便于安装电子元件。
51.具体地，搅拌头本体1的周向外侧壁开设有安装孔13，安装孔13与中空腔体12连通，多色指示灯3通过安装孔13嵌入安装于搅拌头本体1的外周。通过设置安装孔13，便于导线的布线连接，且能够使多色指示灯3嵌入搅拌头本体1，提高多色指示灯3的使用寿命，保证测温功能的正常使用，实用性强。
52.具体地，搅拌头本体1还设置有冷却入口，冷却入口与中空腔体12连通，以向中空腔体12内通入冷却气体。通过设置冷却入口，能够向中空腔体12内通入冷却气体，以降低电子元件的温度，保护电子元件，延缓电子元件的老化与损坏，延长其使用寿命，实用性强。
53.具体地，实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头100具有适用于不同的被焊材料的多种型号，不同型号的实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头100具有不同测温范围的测温元件2和/或多色指示灯3，其中，测温范围与被焊材料的焊接温度范围相适配。通过设置多种实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头100，能够根据不同的被焊材料选用合适的实时测量搅拌摩擦焊中心区域温度的搅拌头100，增强使用性能，保证测量精度和测温范围，适用范围更广，实用性强。
54.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
55.以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。