CN205869704U - 一种电磁振荡辅助搅拌摩擦焊装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁振荡辅助搅拌摩擦焊装置，它包含搅拌摩擦焊机、电磁发生器、电极、电源，后三者组成电磁振荡单元，电磁发生器产生磁场，两个电极与交变电源连接，其中磁场方向与两电极间电流方向保持一定夹角(30～150°)关系，通过磁场与电场的耦合作用产生电磁振荡。本实用新型可以通过调节磁场强度、电场强度来调节电磁振荡的强度，产生的电磁振动的能量导入到焊缝深层，能够降低焊接金属半固态或液态流变的抵抗力，减小残余应力，以达到改善焊缝组织，提高焊缝强度的目的，还可以显著起到细化晶粒改善金属宏观和微观偏析的效果。

Description

一种电磁振荡辅助搅拌摩擦焊装置

技术领域

本实用新型涉及焊接技术领域，尤其是一种电磁振荡辅助搅拌摩擦焊装置。

背景技术

搅拌摩擦焊(Friction Stir welding简称FSW)是1991年10月英国焊接研究所提出的一项固相连接发明专利，具有焊接变形小、焊接质量高和绿色无污染等优点，被称为“21世纪最具革命性的连接技术”，搅拌摩擦焊广泛应用于航空航天、国防军工、轨道交通、轮船汽车等领域。在搅拌摩擦焊过程中，使用搅拌头插入工件的待焊接部位，通过搅拌头与工件间的搅拌摩擦，摩擦热使该部位金属处于热塑性状态并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使待焊件焊接为一个整体。

但是由于焊接过程中，搅拌头受到巨大的轴向下压力和水平剪切力，搅拌头磨损严重，其焊接速度受限，对工装卡具和搅拌摩擦焊设备均提出了很高的要求。同时，采用传统的搅拌摩擦焊技术制得的焊件一般都存在多气孔、焊接区域疏松等缺点；国内外学者试着从超声波辅助、电阻热、激光能或等离子弧做等附加辅助热源的方法来改善焊接环境，但是他们具有适用范围窄，效率低以及生产工艺的可控性、成本及环保等方面仍有待进一步的改进；为此，迫切需要提供一种在适用性广，能显著减轻或者消除焊件中气孔、疏松的搅拌摩擦焊装置，提高成材率，降低企业生产成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种电磁振荡辅助搅拌摩擦焊装置，利用静磁场与电场耦合作用形成的电磁振荡改善焊接过程中金属半固态和液态金属的流场与传质作用，从而达到提高焊接速度，改善焊接质量，操作简单，生产成本较低，以克服现有技术的不足。

本实用新型是这样实现的：

一种电磁振荡辅助搅拌摩擦焊装置，包括搅拌摩擦焊机，在搅拌摩擦焊机的工作端头处设置搅拌头，轴肩放置在搅拌摩擦焊机的前端实现搅拌摩擦焊机的位置固定，待焊工件放置在搅拌摩擦焊机正下方且搅拌头与待焊工件上的焊接区域位置对应，在待焊工件左右两侧对称设置电磁发生器，在待焊工件前后两侧对称设置电极，该电极与电源连接实现电极的开闭。

前述的一种电磁振荡辅助搅拌摩擦焊装置中，所述电磁发生器产生的磁场为稳恒磁场或交变磁场。

前述的一种电磁振荡辅助搅拌摩擦焊装置中，所述电源为直流电源、交流电源或脉冲电源。

前述的一种电磁振荡辅助搅拌摩擦焊装置中，该电磁发生器产生的磁场位向与电极间电流方向的夹角为30°～150°。

本实用新型原理是：电磁发生器产生磁场，两个电极与电交变电源连接，其中磁场方向与两电极间电流方向保持一定夹角(30-150°)关系，通过磁场与电场的耦合作用产生电磁振荡，在焊接的过程中利用磁场与电场的交互作用产生的电磁振荡对待焊工件焊接区域的影响从而改善焊接工件组织及力学性能。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，与现有技术相比较，本实用信息具有显而易见的突出实质性特点和显著进步:

1)、辅助电磁振荡可以在较小的轴肩压力下获得良好的焊缝成形，从而可以降低搅拌摩擦焊对设备的要求。

2)、辅助电磁振荡可以在提高焊接速度的情况下获得良好的焊缝成形，有助于提高焊接效率。

3)、辅助电磁振荡后接头微观组织中焊核区和热力影响区晶粒都有所细化，对改善焊缝组织有一定的积极影响。

本实用信息可以进行连续操作，有望制备出长尺寸的待焊工件，提高其成材率，提高生产效率和质量，显著降低生产成本。

附图说明

附图1是本实用新型的结构示意图；

附图2是本实用新型中待焊工件区电磁振荡俯视图。

具体实施方式

本实用新型的实施例：一种电磁振荡辅助搅拌摩擦焊装置，如附图所示，包括搅拌摩擦焊机1，在搅拌摩擦焊机1的工作端头处设置搅拌头3，轴肩2放置在搅拌摩擦焊机1的前端实现搅拌摩擦焊机1的位置固定，待焊工件4放置在搅拌摩擦焊机1正下方且搅拌头3与待焊工件4上的焊接区域9位置对应，焊接区域9在搅拌头3的工作下形成焊缝8，在待焊工件4左右两侧对称设置电磁发生器5，在待焊工件4前后两侧对称设置电极7，该电极7与电源10连接实现电极7的开闭。

其中该电磁发生器5产生的磁场6为稳恒磁场或交变磁场，该电源10为直流电源、交流电源或脉冲电源，该电磁发生器5产生的磁场6位向与电极7间电流11方向的夹角为30°～150°。

具体使用时

本实施例包括带有搅拌头的搅拌摩擦焊机、电磁发生器、电极、电源，由电磁发生器、电极、电源组成电磁振动单元，电磁发生器产生磁场，两个电极与电交变电源连接，其中磁场方向与两电极间电流方向保持一定夹角(30-150°)关系，通过磁场与电场的耦合作用产 生电磁振荡12。在焊接的过程中利用磁场与电场的交互作用产生的电磁振荡对待焊工件焊接区域的影响从而改善焊接工件组织及力学性能。

本实施例的焊接装置工作过程如下：将一定尺寸范围待焊工件，并固定好，采用的搅拌头为无磁性或磁性非常弱的材料，打开电磁发生器，在搅拌头工作的地方产生一个(0.001-20特斯拉(T))外磁场，并在磁场呈一定角度的方向上在待焊工件上安装电极，开启电源产生电流(或电场)，调节电场和磁场的大小和周期，形成电磁振荡。通过调节磁场强度、电场强度来改调节洛伦兹力的大小，将电磁振荡振动的能量导入到焊缝深层，能够降低焊接流变的抵抗力，减小残余应力，以达到改善焊缝组织，提高焊缝强度的目的，同时还可以起到细化晶粒改善金属宏观和微观偏析的效果。

其具体操作步骤如下：

(a)将待焊工件切割成一定范围尺寸的材料；

(b)将待焊工件、搅拌摩擦焊机、电磁发生器、电极、电源等设备连接组装好；

(c)打开连接在电极上的电源，调节到所需范围的电流密度；

(d)打开电磁发生器，产生磁场，调控好一定范围磁场强度，由于磁场与电场的交互作用产生电磁振荡；

(e)打开电源进行搅拌摩擦焊，调节合适大小的搅拌头转速、焊接速度从而制备出合格的焊件。

上述施加在电极上的用电源可以为幅值恒定的直流电源，或为占 空比和频率可调的脉冲电源，或者是占空比、频率和周期可反向的直流电源，为电磁振荡过程提供不同特性的电流，电磁发生器可以为永久磁铁采用磁路设计得到的磁场，也可以为电磁铁产生的磁场，还可以是采用Bitter磁体或者超导磁体或者Bitter磁体和超导磁体混合磁体提供的磁场，提供的磁感应强度为0.001-20T。

本实施例的对比试验

试验一、旋转待焊金属材料AZ91D镁合金进行焊接时，该AZ91D镁合金采用的尺寸伟：200mm×100mm×10mmpm，搅拌头长度为6mm。焊接实施过程中调节电磁发生器磁场强度为0.5T，调节电极距离为200mm，电流密度20A/dm2，调节搅拌头转速位700rpm，焊接速度v＝100mm/min，轴肩下压量0.05mm。磁场与电场方向垂直，通过电磁振荡获得质量优异的焊件。

试验二、采用200×100mm×10mm的AZ91D镁合金焊接材料，用现有搅拌摩擦焊机，开启搅拌摩擦焊机搅拌头，沿焊接方向焊接，与试验一焊接参数完全相同，区别在于不加磁场和电场，获得焊接工件质量远低于电磁振荡的焊件。

上述方案的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用的实用新型，熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施方案做出各种修改，因此，本实用新型不限于上述实方案，本领域技术人员根据本实用新型的方法，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电磁振荡辅助搅拌摩擦焊装置，包括搅拌摩擦焊机（1），其特征在于：在搅拌摩擦焊机（1）的工作端头处设置搅拌头（3），轴肩（2）放置在搅拌摩擦焊机（1）的前端实现搅拌摩擦焊机（1）的位置固定，待焊工件（4）放置在搅拌摩擦焊机（1）正下方且搅拌头（3）与待焊工件（4）上的焊接区域（9）位置对应，在待焊工件（4）左右两侧对称设置电磁发生器（5），在待焊工件（4）前后两侧对称设置电极（7），该电极（7）与电源（10）连接实现电极（7）的开闭。

2.根据权利要求1所述的一种电磁振荡辅助搅拌摩擦焊装置，其特征在于：所述电磁发生器（5）产生的磁场（6）为稳恒磁场或交变磁场。

3.根据权利要求1所述的一种电磁振荡辅助搅拌摩擦焊装置，其特征在于：所述电源（10）为直流电源、交流电源或脉冲电源。

4.根据权利要求1所述的一种电磁振荡辅助搅拌摩擦焊装置，其特征在于：该电磁发生器（5）产生的磁场（6）位向与电极（7）间电流（11）方向的夹角为30°～150°。