阅读说明：本技术 一种面向焊接的随焊智能控温装置与方法 (Welding-oriented welding-following intelligent temperature control device and method ) 是由 占小红 赵佳怡 高奇玉 王磊磊 于 2021-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种面向焊接的随焊智能控温装置与方法,所述随焊冷却装置主要由水冷铜块、冷却工装、循环冷却水箱、红外测温设备以及计算机温控设备组成,用于对焊缝进行随焊快速冷却。所述冷却工装,是通过工装内部所开凹槽内流通的循环冷却水实现对焊缝背部的冷却,同时凹槽顶部嵌入垫片防止冷却液对焊缝的直接冷却。所述水冷铜块之间采用串联连接,水冷铜块与凹槽内冷却管路采用并联设计。所述红外测温设备安装于工装上,实时测温反馈于计算机系统,计算机通过节流阀及冷却水箱调节冷却液流量和温度实现焊缝温度的控制。本发明的装置设备简单、易于实现,可以使焊接过程中的产生的热量得到即时冷却,有效减小焊件焊后变形。(The invention provides a welding-oriented welding-following intelligent temperature control device and method. The cooling tool cools the back of the welding seam through circulating cooling water circulating in the groove formed in the tool, and meanwhile, the gasket is embedded into the top of the groove to prevent the welding seam from being directly cooled by cooling liquid. The water-cooling copper blocks are connected in series, and the water-cooling copper blocks and cooling pipelines in the grooves are designed in parallel. The infrared temperature measuring equipment is arranged on the tool, real-time temperature measurement is fed back to the computer system, and the computer adjusts the flow and the temperature of the cooling liquid through the throttle valve and the cooling water tank to realize the control of the temperature of the welding seam. The device is simple in equipment and easy to realize, can instantly cool heat generated in the welding process, and effectively reduces the deformation of the weldment after welding.)

一种面向焊接的随焊智能控温装置与方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种面向焊接的随焊智能控温装置与方法。

背景技术

Invar钢因其具有与复合材料相近的热膨胀系数，广泛应用于大型飞机复合材料结构件模具的生产制造。焊接是Invar钢大型模具的制造中的最重要的一项工艺流程。大厚度大尺寸Invar模具钢板的焊接目前主要存在以下几个受焊接热流影响的与焊缝组织、焊接变形相关的问题：

Invar合金焊接时，焊接热循环导致严重的焊后热效应，影响了焊缝微观组织，造成热影响区过宽，晶粒粗大，从而降低了Invar合金的力学性能和服役周期；Invar合金抵抗弯曲变形性能差，焊接会引起严重的热变形，导致平板的翘曲变形。

在焊接生产中，为减小焊后变形并提高焊接效率，通常采用随焊冷却方法，常见的有喷水法、浸水法及水冷铜块法。喷水及浸水法冷却效果较好，但水流方向难以控制，易造成焊缝淬火，同时焊接环境较差，对冷却系统的硬件控制要求较高。水冷铜块法的散热效果次之，通过内部冷却水通道的设计优化，可以有效提高焊缝冷却速度，减小焊后等待时间，控制焊接变形，同时具有较好的焊接环境。

综上所述，急需一种设备简单、易于操作的用于焊接的随焊冷却装置，本发明的装置采用水流散热法，通过水冷铜块和焊缝背部通冷却水，以解决Invar合金焊接中受热流影响导致的焊缝组织、焊接变形问题，对推进Invar合金的焊接具有重要的研究与应用意义。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种面向焊接的随焊智能控温装置与方法，以解决现有Invar合金焊接过程中焊接变形严重、焊件开裂倾向大等问题，本发明的装置能够有效提高散热速度，降低焊后变形，同时设备简单、易于实现。

为了达到上述目的，本发明提供一种面向焊接的随焊智能控温装置与方法，具体包括：

为了达到上述目的，本发明提供一种面向焊接的随焊智能控温装置与方法，具体包括：

水冷铜块，内部设有U形冷却水通道，外部设有冷却管接头便于水管的连接，具体可分为长条式铜块和弯曲式铜块。在水冷铜块底部均匀涂覆上导热介质后紧贴于构件焊道两侧，其中导热介质用于增大铜块和钢板的换热效率同时增大有效换热面积，焊接过程中通过冷却水的流通迅速带走热量。

冷却工装，内部开有凹槽以流通冷却水，凹槽顶部放置导热垫片并嵌于冷却工装内，通过垫片的导热作用以及凹槽内冷却水的循环对焊道背部进行冷却。工装上开设通孔，适用于夹具以及红外测温设备的安装。

连接水管，由硅胶制成，用于冷却介质的传输。工装内凹槽进出孔与水管之间采用过盈配合防止漏水，同时冷却接头和水管之间、Y形三通与水管之间利用卡扣进行固定。

循环冷却水箱，用于提供冷却液，外部设有进水口和出水口，内部设有水泵、风扇及冷凝排，确保循环水的冷却以及有效循环。

红外测温设备，安装于工装上，对焊缝进行实时监控，所得数据传输于计算机。

计算机温控设备，分析处理红外测温设备传输的数据，与冷却水箱进出口处的节流阀相连，控制冷却水流量，实现冷却速率的调控。

冷却介质从循环水箱的进水口流出，通过Y形三通进行分流，一部分流经冷却铜块，一部分流经凹槽，焊道两侧的冷却铜块采用串联连接，冷却液从一侧冷却铜块流通到另一侧冷却铜块，最终和流出凹槽的冷却液汇合通过Y形三通整流流进循环水箱，从而实现冷却介质的循环，同时红外测温设备实时监测焊接过程中焊缝温度，将数据反馈于计算机温控设备，计算机通过节流阀对冷却液流量进行调节同时通过冷却水箱内冷凝速率对冷却液温度进行调节，焊接开始前，提前规划温度区间输入到计算机系统内，焊接过程中通过冷却液流量及温度控制焊件温度在规定范围内，从而实现随焊过程的自适应温度调控。

进一步地，所述水冷铜块并非局限于一体式，可由多个水冷铜块以串联式或并联式组合使用。

进一步地，所述水冷铜块在用于长焊缝冷却时内部设计水平U型冷却水通道以提高换热效率，在用于短焊缝冷却时内部设计竖直U型冷却水通道以提高换热面积。

进一步地，所述水冷铜块在用于热输入较高的焊接工艺如电弧焊时，采用大宽度设计同时内部通道采用过渡设计，通道从靠近焊缝处到远离焊缝处由密到疏，通道宽度过渡比为1∶1.5；在用于热输入较低的焊接工艺如激光焊时，则采用小宽度设计且内部不设计过渡结构。

进一步地，所述冷却工装内部凹槽从焊缝中央处到两侧通道由密到疏，通道宽度过渡比为1∶2。

进一步地，所述冷却装置不仅局限于单个冷却水箱通过并联回路循环，也可采用多个冷却水箱形成多个独立回路，减少水冷路径，提高排热效率。

进一步地，所述冷却装置不仅适用于一字形焊道，同时可通过长条式铜块和弯曲式铜块的配合使之适用于折线形、环形焊道的冷却。

本发明的有益效果：

本发明的装置可以实现对焊缝的随焊冷却，并且具有较好的冷却效果，水冷铜块紧贴于待焊钢板上方，在施焊过程中铜块快速吸收焊接热量，并通过内通冷却水带走热量，焊缝背部安装导热垫片散热，同时利用工装上开设的凹槽建立循环冷却水回路对焊缝背部进一步进行冷却，有效增大焊缝冷却速度，控制温度。本发明可以使焊接过程中的产生的热量得到即时冷却，有效减小板件焊后变形并降低开裂倾向，同时设备操作简单、适用面广。

附图说明

图1为本发明所述一种面向焊接的随焊智能控温装置的示意图；

图2为本发明所述冷却工装的示意图；

图3为本发明所述长条式铜块及弯曲式铜块的示意图；

图4为本发明所述铜块内部水平U形冷却水通道以及垂直U形冷却水通道的示意图；

其中，1-工装，2-Invar合金，3、4-冷却铜块，5-凹槽，6-垫片，7-开孔，8- 凹槽进水孔，9-凹槽出水孔，10-循环冷却水箱，11-出水管，12、20-节流阀，13、 19-Y形三通，14-第一出口水管，15-第二出口水管，16-串联水管，17-第二入口水管，18-第一入口水管，21-入水管，22-红外测温设备，23-计算机，24-夹具，25-冷却接头。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，以下结合附图对本发明进行进一步的描述，应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，附图不一定是按比例绘制的。

为了便于本领域技术人员的理解，以下结合附图对本发明进行进一步的描述，应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，附图不一定是按比例绘制的。

本发明提供的面向焊接的随焊智能控温装置主要由水冷铜块3、4；冷却工装1；夹具24；连接水管11、14、15、16、17、18、21；循环冷却水箱10；红外控温装置22以及计算机温控设备23组成，实例针对一对 500mm×100mm×20mm Invar钢的焊接，具体设备如下：

水冷铜块3、4，采用长条式铜块，尺寸大小为460mm×40mm×20mm，内部设有U形冷却水通道，外部设有冷却管接头25便于水管的连接，冷却接头直径 10mm。在水冷铜块3、4底部均匀涂覆上硅脂后紧贴于Invar钢板2焊道两侧，焊接过程中通过冷却水的流通迅速带走热量。

冷却工装1，焊缝中央凹槽通道宽度30mm，外侧凹槽通道宽度50mm，凹槽总长490mm，总宽400mm，深度12mm，顶部安装490mm×400mm×1mm紫铜垫片6，Invar钢板2置于紫铜垫片6上方，凹槽进水孔8以连接水管14，凹槽出水孔9连接水管18，通过垫片6的导热作用以及凹槽内冷却水的循环对焊道背部进行冷却。

连接水管11、14、15、16、17、18、21，由硅胶制成，内径10mm，用于冷却介质的传输。工装内凹槽进出孔8、9与水管14、18之间采用过盈配合防止漏水并采用密封胶密封，同时冷却接头25和水管15、16、17之间、Y形三通13、 19与水管11、14、15、17、18、21之间利用卡扣进行固定。

循环冷却水箱10，用于提供冷却液，外部设有出水口和进水口，出水口接出水管11，进水口接出水管21，内部设有水泵、风扇及冷凝排，确保循环水的冷却以及有效循环。

红外测温设备22，安装于工装开孔7上，对焊缝进行实时监控，所得数据传输于计算机23。

计算机温控设备23，分析处理红外测温设备22传输的数据，与冷却水箱10 进出口处的节流阀12、20相连，控制冷却水流量，实现冷却速率的调控。

冷却水从循环水箱10的出水口接出水管11流出，通过Y形三通13进行分流，一部分通过第二出口水管15流经冷却铜块3，一部分通过第一出口水管14 流经凹槽5，焊道两侧的冷却铜块3、4通过串联水管16进行串联连接，冷却液从一侧冷却铜块3流通到另一侧冷却铜块4再通过第二入口水管17流出，最终和第一入口水管18流出凹槽的冷却液汇合通过Y形三通19整流流进循环水箱 10，从而实现冷却介质的循环，同时红外测温设备22实时监测焊接过程中焊缝温度，将数据反馈于计算机温控设备23，计算机23通过节流阀12、20对冷却液流量进行调节同时通过冷却水箱10内冷凝速率对冷却液温度进行调节，焊接开始前，提前规划温度区间输入到计算机系统23内，焊接过程中通过冷却液流量及温度控制焊件温度在规定范围内，从而实现随焊过程的自适应温度调控。

应当理解，上述的实施方案仅是示例性的，而非限制性的，熟悉本领域技术的人员显然可以轻易地对此实例做出各种修改，因此，本发明并不局限于这里的实例，只要在本发明的实质精神范围内，对上述细节做出的各种简单修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。