[发明专利]一种以高硬度金属摩擦堆焊低硬度金属的装置及方法

说明书

本发明公开了一种以高硬度金属摩擦堆焊低硬度金属的装置及方法，该装置包括一动力装置，其能够使高硬度金属发生转动并给予压力；一感应加热线圈设置在距高硬度金属的焊接端，且固连在动力装置上；以及一覆有铜层的冷却装置，在所述的铜层上放置低硬度金属；本发明通过高硬度金属预热，低硬度金属降温的双重措施，实现高硬度金属与低硬度金属摩擦堆焊过程中的金属刚度和软化状态控制；该装置在焊接过程中连续性和可控性好，工作效率高，使用寿命长。

技术领域：

本发明属于固相焊接领域，特别是一种以高硬度金属摩擦堆焊低硬度金属的装置及方法

背景技术

摩擦堆焊是一种利用摩擦热使金属连接局部区处于热塑性状态实现焊接/焊敷的先进金属加工技术,摩擦堆焊具有低能耗、无污染高效率、加工质量好等优点表面耐磨、抗腐蚀的金属都可以用摩擦焊敷技术来获得无稀释、结合完整性极高的焊敷层,摩擦堆焊技术在耐磨件的制造与修复方面应用前景广阔,摩擦堆焊技术不限于焊接技术领域,还可广泛拓宽其应用范围,在摩擦轧制零件快速制造、复合金属制备和金属再利用加工等方面有巨大的开发潜力。

目前高硬度金属堆焊低硬度金属的方法还鲜有研究，有国外学者M.CHANDRASEKARAN在低碳钢摩擦堆焊铝合金实验中，采用的是在钢与铝摩擦堆焊之前，先让低碳钢与低碳钢摩擦使低碳钢软化，然后再让低碳钢与铝摩擦从而实现低碳钢与铝的摩擦堆焊。这种方法能够实现对高硬度金属首次预热，可以预先使高硬度金属软化，实现不同硬度金属之间的焊接，但是这种方法的高温持续时间较短，后续不能继续通过摩擦加热，而无法实现连续的堆焊，而且在预先摩擦软化不够，容易使钢变成铣刀把铝铣出一条沟槽，这种方法无法实现温度的精确控制而且浪费材料，效率低。

M.J.R.Stegmueller学者在钢摩擦堆焊铝实验中采用了感应加热线圈加热钢棒使钢软化再进行摩擦堆焊，这种方法可以实现铝钢的焊接，但是它无法精确控制钢棒的温度，而且也没有冷却铝板的温度装置，从而其采用厚铝板来防止钢棒把铝板铣掉。

哈尔滨工业大学张洪涛采用CMT熔-钎焊方法对硬度相差较大的铝-钢进行了研究，铝/镀锌钢板CMT熔-钎焊搭接接头的界面组织分析表明，接头界面主要由两类不同化合物相组成，分别是靠近钢侧厚度均匀的Fe₂Al₅相和靠近铝侧针片状的FeAl₃相，说明这种传统的熔焊方法无法阻止铝钢金属间化合物的产生而会形成脆性相。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种高硬度金属摩擦堆焊低硬度金属的装置及方法。

本发明为提供一种高硬度金属摩擦堆焊低硬度金属的装置提供的技术方案是：

一种以高硬度金属摩擦堆焊低硬度金属的装置包括：

动力装置，其能够使高硬度金属发生转动并给予压力；

一感应加热线圈被高硬度金属穿过，且设置在距高硬度金属的焊接端15mm-25mm处，且固连在动力装置上；动力装置在高速旋转时感应加热线圈不随动力装置旋转；

以及一覆有铜层的冷却装置，在的铜层上放置低硬度金属；

其中，在预热阶段，高硬度金属与低硬度金属无接触且无水平方向位移；在摩擦加热阶段，动力装置使得高硬度金属与低硬度金属接触但无水平方向位移；在摩擦堆焊阶段，动力装置使得高硬度金属与低硬度金属接触且在水平方向发生线性运动。

高硬度金属可为棒材，长度为75mm～200mm，直径为15mm～30mm，低硬度金属可为板材，其上覆盖的铜层厚度为5mm。

该动力装置可以提供最大压力为30MPa，提供的最大焊接速为200mm/min，最大的转速为1500r/min。

优选的，该摩擦焊接装置能够设置在工作台上，且动力装置上设有控制器。