[发明专利]一种载流惯性轴向摩擦复合焊接方法及其设备

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，是载流惯性轴向摩擦复合焊接方法及其设备，涉及载流惯性轴向摩擦焊接的电流加载方式，同时还涉及载流惯性摩擦焊的电流加载设备。

背景技术

摩擦焊通常是两个被焊工件在一定的摩擦压力下相互转动摩擦，产生摩擦热，摩擦热使两个被焊工件的接触摩擦面上形成塑化区域，在该塑化区域中，两个材料被塑化、混合，然后冷却以便形成摩擦焊接头。在摩擦焊过程中，摩擦热源来自于金属面上的高速摩擦的塑性变形层，是通过机械能转化为热能，使得焊接区加热达到塑化状态。在一定的条件下，摩擦热与摩擦压力、转速、时间和摩擦面大小有关。而在普通的摩擦焊中，由于其焊接热源为单一的摩擦热，所以在一些特殊的条件下，难以获得足够的摩擦热而实现被焊工件的连接。比如在高熔点、高硬度、小尺寸试样的摩擦焊接时，由于摩擦面小，摩擦面上的线速度小导致产生的摩擦热量不足，难以形成接头良好的焊接接头，或者需要对设备的要求很高，从而限制了摩擦焊的发展与应用。并且由于在普通的摩擦焊过程中，摩擦面上的线速度大小不等，中心处线速度几乎为零，所产生的热量不均匀，塑化区域的厚度不均匀从而影响了焊接接头的性能。

为了解决上述问题，经过人们不断探索，发现可以通过其他外加热源来解决单一摩擦热的摩擦热量不足的问题。现有发明专利“辐射辅助摩擦焊”(申请号：03800638.3)，其主要技术特征是采用一种具有吸收表面和伸向该吸收表面的空腔，而该吸收表面设置成接收来自光源或RF发生器的电磁辐射源的电磁辐射，然后用辐射加热探头把所接收的辐射能量传递给被焊工件上，在辐射能量和摩擦热量的共同作用下完成摩擦焊接的过程。虽然能在一定程度上解决常规摩擦焊热源不足的问题，但是也存在一定的问题，比如吸收表面以及伸向该吸收表面的空腔难以制造加工，并且辐射能量大小难以控制，而且操作比较复杂、工艺繁琐，设备需要防辐射。

现有发明专利“一种感应摩擦焊接方法”(申请号：01135014.8)，其主要技术特征是利用感应线圈加热焊接界面，加热到一定温度后，使两焊接构件作相对摩擦运动，清理组织摩擦焊接的氧化皮等杂质，再对焊件用力轴向顶压，从而形成焊接接头。而发明专利“摩擦焊接的方法和装置”(申请号：200910132652.X)则是在两工件被焊接好之后采用高频感应加热对经过摩擦焊接的工件进行退火处理，来得到性能良好的焊接接头。但是由于所产生的感应热与摩擦热是一前一后模式的，而且只集中于表面，依然无法解决摩擦焊短时间轴心位置焊接缺陷的问题，同时对焊接过程以及对焊缝质量、焊接热输入和焊接热源的利用率难以控制。

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。这是一种内生电阻热的模式，能够简单有效地把电阻热用于焊接过程中，实现复合热源式的焊接过程，所以如果把这个原理运用在与之有本质区别的惯性轴向摩擦焊中，也具有同样的优点，有利于解决常规摩擦焊过程中摩擦热量不足的问题；但是该发明专利没有说明关键性的电流加载方式和设备构成。

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“导电一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，同时造成电接触不良，焊接效果不佳。

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惯性轴向摩擦复合焊接方法及其设备，包括载流惯性轴向摩擦焊接的电流加载方式、载流惯性摩擦焊的电流加载设备。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接头的摩擦界面区域，实现电阻热和摩擦热的共同作用下的载流惯性轴向摩擦复合焊接过程。本发明的另一个目的就是提供一种载流惯性轴向摩擦复合焊接设备，包括电流加载设备。