[发明专利]电磁塑性搅拌摩擦焊焊具及其方法

权利要求书

1.一种电磁塑性搅拌摩擦焊焊具，所述焊具包括夹持体(1)、搅拌体(2)、强磁铁(3)和2～8个条形磁铁(4)，所述夹持体(1)由上圆柱体(1-1)和下圆柱体(1-2)组成，上圆柱体(1-1)的直径小于下圆柱体(1-2)的直径，上圆柱体(1-1)与下圆柱体(1-2)上、下同轴设置且制成一体，上圆柱体(1-1)的外表面上设有焊具夹持面(1-1-1)，下圆柱体(1-2)的外表面上设有至少一个环形隔热槽(1-2-1)，其特征在于：所述下圆柱体(1-2)的下端面轴心处设有夹持孔(1-2-2)，夹持孔(1-2-2)对应的下圆柱体(1-2)侧壁上设有垂直于下圆柱体(1-2)轴线的螺纹通孔(1-2-3)，搅拌体(2)由搅拌针(2-1)、搅拌针座(2-2)、条形磁铁座(2-3)和连接体(2-4)组成，连接体(2-4)、条形磁铁座(2-3)、搅拌针座(2-2)和搅拌针(2-1)由上至下依次同轴设置且制成一体，连接体(2-4)的直径小于条形磁铁座(2-3)的直径，搅拌针(2-1)和搅拌针座(2-2)均为锥形体，且锥形体的小直径端朝下，连接体(2-4)的外表面上对称设有搅拌针夹持面(2-4-1)，连接体(2-4)的上端面的轴心处设有强磁铁槽(2-4-2)，条形磁铁座(2-3)的外表面上沿同一圆周均布设有2～8个条形磁铁槽(2-3-1)，强磁铁(3)设置在强磁铁槽(2-4-2)中，2～8个条形磁铁(4)分别设置在2～8个条形磁铁槽(2-3-1)中，连接体(2-4)设置在夹持孔(1-2-2)中，且搅拌针夹持面(2-4-1)与螺纹通孔(1-2-3)正对，连接体(2-4)与夹持孔(1-2-2)之间设有缝隙(1-2-4)。

2.根据权利要求1所述电磁塑性搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述条形磁铁槽(2-3-1)的数量与条形磁铁(4)的数量相同。

3.根据权利要求2所述电磁塑性搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述条形磁铁(4)的数量为4个。

4.根据权利要求2所述电磁塑性搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述条形磁铁(4的数量为6个。

5.根据权利要求1或2所述电磁塑性搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述缝隙(1-2-4)为1.5mm～3mm。

6.根据权利要求5所述电磁塑性搅拌摩擦焊焊具，其特征在于：所述夹持体(1)的材质为高速钢。

7.一种利用权利要求1所述焊具实现电磁塑性搅拌摩擦焊的方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、安装焊具：将绝缘纸包裹在连接体(2-4)上，将连接体(2-4)装入夹持孔(1-2-2)中，将强磁铁(3)安装在强磁铁槽(2-4-2)中，条形磁铁(4)分别设置在条形磁铁槽(2-3-1)内；

步骤二、施加电流：被焊工件对接处的两端端面处各贴有一个导电片(5)，将外加电源(6)的正负极分别接在两端的导电片(5)上，电流方向应与搅拌摩擦焊接方向一致；

步骤三、电流大小确定：所选定电流大小需使通过工件的电流密度大于电致塑性的临界值10⁶A/m²，同时将工件电阻热功率控制在100W以下，

设被焊工件长lm、宽am、厚bm，则电流最小值为10⁶abA，

设工件电阻率为ρ，电流占空比为k，根据公式R＝ρl/ab算得工件电阻，则工件电阻热功率P＝kI²R，电流最大值不得使工件电阻热功率大于100W，则电流最大值为(100ab/lρk)^1/2；

步骤四、选取搅拌头转速与焊速：当电流取上限时，搅拌头转速为300rmp～1200rmp、焊速为0.3m/min～1.6m/min，当电流为下限时，搅拌头转速为600rmp～1500rmp、焊速为0.1m/min～0.8m/min。

8.根据权利要求7所述电磁塑性搅拌摩擦焊的方法，其特征在于：步骤四中的电流取上限时，搅拌头转速为500rmp、焊速为1.5m/min，电流取下限时，搅拌头转速为800rmp、焊速为0.6m/min。

9.根据权利要求7所述电磁塑性搅拌摩擦焊的方法，其特征在于：步骤四中的电流取上限时，搅拌头转速为800rmp、焊速为0.8m/min，电流取下限时，搅拌头转速为1000rmp、焊速为0.5m/min。

10.根据权利要求7所述电磁塑性搅拌摩擦焊的方法，其特征在于：步骤四中的电流取上限时，搅拌头转速为1000rmp、焊速为0.5m/min，电流取下限时，搅拌头转速为1200rmp、焊速为0.3m/min。