[发明专利]电磁辅助搅拌摩擦焊接高熔点合金的装备与方法

权利要求书

1.一种电磁辅助搅拌摩擦焊接高熔点合金的装备，其特征在于：包括磁场加载单元、电流加载单元和搅拌摩擦焊接单元，搅拌摩擦焊接单元实现搅拌摩擦焊接加工，在加工过程中，电流加载单元和磁场加载单元跟随搅拌头同步移动，在试件焊接区域分别施加高密度脉冲电流和强磁场，从而实现对高熔点合金的电磁辅助搅拌摩擦焊接。

2.根据权利要求1所述的电磁辅助搅拌摩擦焊接高熔点合金的装备，其特征在于：所述的磁场加载单元包括上磁场加载模块和下磁场加载模块，其中上磁场加载模块由水冷箱（16）、上磁块连接套（3）、上磁块（5）组成，所述上磁块（5）是一电磁铁，水冷箱（16）嵌套并固定于上磁块（5）中，上磁块（5）通过上磁块连接套（3）连接在主轴外壳（18）上，上磁场加载模块整体固定于主轴外壳（18）上；上磁块（5）的铁芯（5-1）与水冷箱（16）的外壁焊接固定，所述水冷箱（16）内壁和搅拌头（8）及主轴刀柄（4）之间的间隙大于1mm，不随机床主轴转动，通过调整上、下磁块的配套电源的输出电流强度来调控磁场加载强度。

3.根据权利要求2所述的电磁辅助搅拌摩擦焊接高熔点合金的装备，其特征在于：所述的下磁场加载模块包括下磁块（11）、下磁块连接块（9）和随动平台（10），所述下磁块（11）为电磁铁，通过四个下磁块连接块（9）依靠紧固螺钉固定于随动平台（10）上，随动平台（10）固定于支撑平台（12）上，通过伺服电机驱动丝杠螺母副沿焊缝方向的运动，使其保持与焊接区域的相对位置不变。

4.根据权利要求1所述的电磁辅助搅拌摩擦焊接高熔点合金的装备，其特征在于：所述的电流加载单元包括绝缘连接杆（2）、弹簧（6）、导电刷（7）和电源（17），所述绝缘连接杆（2）通过螺栓固定于主轴箱外壳（1）上，绝缘连接杆（2）下方有方形孔，导电刷（7）与绝缘连接杆（2）接触部分也是方形，两者构成间隙配合，导电刷（7）能上下移动，不能转动；弹簧（6）套在导电刷（7）与绝缘连接杆（2）接触段外侧，压紧导电刷（7），使其与工件（15）保持紧密接触；电源（17）的正负极分别连接两个导电刷（7），给焊接区域通电。

5.根据权利要求1所述的电磁辅助搅拌摩擦焊接高熔点合金的装备，其特征在于：所述的搅拌摩擦焊接单元包括支撑平台（12）、绝缘板（13）、压紧块（14）、工件（15）、搅拌头（8），所述支撑平台（12）固定于机床工作台上，工件（15）和支撑平台（12）之间有绝缘板（13），压紧块（14）将工件（15）固定于支撑平台（12）上，其间也设有绝缘板（13），搅拌头（8）的夹持端设置磁绝缘材料，再夹紧于主轴刀柄（4）上。

6.一种电磁辅助搅拌摩擦焊接高熔点合金的方法，其特征在于：在搅拌摩擦焊接过程中，在焊接区域同时施加垂直于工件（15）方向的＞1T的强磁场和垂直于焊缝方向的高密度脉冲电流，平均均方根电流＞10A/mm²，利用电致塑性效应、电阻热效应和磁致塑性效应共同影响焊接区域塑性变形金属的位错运动，促进位错增殖与滑移，降低焊接载荷，并影响焊接区域材料相变和再结晶过程，从而细化组织，改善产物相的分布与比例，提高焊缝质量，实现对高熔点合金的电磁辅助搅拌摩擦焊接。

7.根据权利要求6所述的电磁辅助搅拌摩擦焊接高熔点合金的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、安装工件，将工件（15）放置于绝缘板（13）上，通过两边的压紧块（14）将两块工件（15）固定于支撑平台（12）上，同时保证两块工件（15）之间压紧，开动机床将搅拌头（8）移动至焊接起始点位置，保证导电刷（7）压紧于工件（15）上；

步骤二、施加强磁场，磁场为恒定磁场，打开上磁块（5）和下磁块（11）的配套电源，通过调整配套电源输出电流的强度来调控磁场强度，焊接区域磁场强度应大于1T；同时开动水冷箱（16）的配套水冷系统，对搅拌头（8）和上磁块（5）进行强制水冷；

步骤三、施加高密度电流，打开电源（17）开关，施加电流，外加电流为脉冲电流，使得焊接区域平均均方根电流在电致塑性效应阈值以上，即＞10A/mm²，电流频率为10-600HZ；

步骤四、进行焊接，调整搅拌头转速、焊接速度、轴肩下压量工艺参数进行焊接；搅拌头（8）转速为400r/min~1400r/min，焊接速度为30mm/min~200mm/min，轴肩下压量为0.1mm~0.5mm，主轴倾角为1°~3°，外加电流和磁场越大，焊接区域材料塑化效果越明显，焊接过程中，导电刷（7）、上磁块（5）都跟随搅拌头（8）同步向前移动，通过伺服电机控制随动平台（10），使下磁块（11）和搅拌头（8）同步向前移动；

步骤五、焊接结束，依次关闭电源（17），停止磁场加载、水冷系统、并移动机床工作台至起点位置，卸载工件（15）。