[发明专利]一种载流搅拌摩擦焊的电流加载方式及其设备

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及载流搅拌摩擦焊的电流加载方式，同时还涉及载流搅拌摩擦焊的电流加载设备。

背景技术

搅拌摩擦焊(FSW)是英国焊接研究所1991年发明的一项固相连接技术专利。其过程是由一个圆柱体形状的焊头(搅拌针)伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化达到塑性状态，而且沿焊接方向有相对的运动，塑性材料在搅拌针的机械搅拌作用下发生塑性流动，并在轴肩处的顶锻压力下完成焊接的过程。

目前，搅拌摩擦焊(FSW)在Al、Mg等低熔点的有色金属的连接中已获得成功的应用；采用搅拌摩擦焊对高熔点金属的焊接具有广阔的应用前景，虽然对中高熔点金属的搅拌摩擦焊接方面取得了一定的研究进展，但是仍存在着较多尚未解决的问题。科研人员发现对于普通碳钢、不锈钢、钛合金、甚至高温合金等结构材料的固相连接应用方面并不理想。究其原因，主要是这些金属熔点高，硬度大，金属组织内部的固溶颗粒、第二相粒子的阻碍作用等使得仅仅靠机械力和摩擦的热输入不足以得到较好的塑性软化组织，难以形成良好的焊接接头。

现有发明专利“导电-搅拌摩擦复合热源焊接方法及设备”(申请号：20071009974.7)，其主要技术特征是在搅拌摩擦焊的同时，使搅拌头和工件与焊机主体、固定工件的夹具和工作台绝缘，在工件焊缝方向上通以电流，电流与其流经的焊缝和摩擦搅拌焊接区的接触电阻产生电阻热，该电阻热与搅拌摩擦热形成复合的搅拌摩擦焊焊接热源，完成对工件的焊接过程。这种新的复合焊接方法具有以下优点：(1)突破了搅拌摩擦焊在焊件材料上的局限性，可以实现黑色金属，钛合金等高熔点的有色金属及其合金结构材料的焊接。(2)减少搅拌头与高强度金属的摩擦损耗，提高搅拌头的使用寿命。(3)降低了搅拌摩擦焊的工艺苛刻程度和要求条件，可以提高焊接速度和焊接质量，改善焊接接头的力学性能。然而此专利并没有很明确地提出外加电源的种类、电流的加载方式。

现有实用新型专利“一种电阻热-搅拌摩擦复合焊接不锈钢的装置”(申请号：200820228426.2)，其主要特征是将电源的两个输出端通过电缆与变压器的输入端相连，变压器的一个输出端通过电缆与垫板连接，垫板用于放置被焊接工件，变压器的另一个输出端通过电缆与电刷连接，电刷与位于搅拌头上端凹槽内的铜环接触，使变压器形成的低压大电流通过搅拌针导入被焊工件上，产生电阻热以及搅拌摩擦热共同作用实现焊接过程；此实用新型专利是在发明专利“导电-搅拌摩擦复合热源焊接方法及设备”(申请号：20071009974.7)之后申请的，而且此专利使用电刷，在电刷上很容易产生放电现象，不利于焊接过程和焊接电流的调节控制，使用过程十分不安全，同时也可以造成电接触不良，焊接效果不佳；该实用新型专利局限于不锈钢的焊接，对其他材料是否合适尚不明确。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种载流搅拌摩擦焊的电流加载方式。通过这个外加电源的电流加载方式，能够简单、实用地把外加电流加载到工件的被焊接区，实现电阻热和摩擦热的共同作用下的载流搅拌摩擦焊焊接过程。

本发明的另一个目的就是提供一种载流搅拌摩擦焊的电流加载设备。

本发明具体解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明提供的载流搅拌摩擦焊的电流加载方式及其设备，在载流-搅拌摩擦焊接过程中，在工件的搅拌摩擦焊接区通入电流而产生内生电阻热和摩擦热共同对接头的工件加热实现焊接的电流加载方法及设备，将外加电源的正极(对交流电源就是一个输出端)接在并不旋转的搅拌头的外轴套肩上，将外加电源的负极(对交流电源就是另一个输出端)接在搅拌区下方的导电片上，被焊工件的底部设有绝缘片；外加电流流经的路线是电源的正极(一个输出端)→导电环扣→外轴套肩→搅拌头→搅拌针→两个被焊工件的搅拌区→导电片→电源负极(另一个输出端)；其外加电流设备由外轴套肩、搅拌头、搅拌针、被焊工件一、被焊工件二、导电片、绝缘片、工作台、导电环扣、电缆线和电源组成；外加电流幅值是搅拌摩擦焊接区的电流密度平均值为1.2A/mm²-138A/mm²，外加电流频率为5-420Hz，占空比为35％-100％。