[发明专利]一种搅拌感应焊接方法及搅拌头

说明书

本发明涉及到一种感应搅拌焊接方法及搅拌头。其特征在于，用于焊接的感应搅拌头内部设置有感应线圈，焊接时感应线圈与焊接电源接通，感应搅拌头轴线与被焊工件表面的法线保持夹角，旋转或不旋转插入焊接工件一定深度后并沿着焊缝方向移动，距离感应线圈较近的母材在感应加热集肤效应作用下，局部被快速加热到一定温度，使之达到塑性或熔化状态，同时在搅拌头的机械搅拌作用下实现金属连接。感应搅拌头至少包括轴肩、搅拌针和感应线圈等组成，轴肩、搅拌针的材料为非导磁材料，感应线圈内置于轴肩和搅拌针内部。本发明利用感应加热的具有集肤效应，克服了搅拌摩擦焊顶锻压力大的缺点，其结构简单，操作方便，焊接质量高，具有较大的实用价值。

技术领域

本发明属于一种电磁感应技术在焊接领域的应用，尤其涉及一种搅拌感应焊接方法及搅拌头。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种固相焊接技术，通过摩擦使工件加热塑化，并在搅拌头机械搅拌作用下实现工件间的金属连接。与传统的焊接方法相比，具有优质、低耗、变形小、无污染等特点。但搅拌摩擦焊是一种利用摩擦热实现焊接的技术，焊接顶锻压力大，故焊接设备笨重，工装夹具复杂，不便于焊接操作，也不便于复杂焊缝的应用，目前该技术主要应用于铝合金、镁合金等有色金属的焊接。

电磁感应加热，简称为感应加热，其加热过程为：金属工件放入感应圈内，在交变磁场作用下，工件内感应电流，由于感应电流沿工件表面形成封闭回路，通常称为涡流，涡流将电能变成热能。感应加热具有工件的表面加热快的特点，也称为集肤效应。这主要因为涡流主要分布于工件表面，工件内部几乎没有电流通过，频率越高，电流渗透深度越小。电磁感应加热具有无电弧强光、绿色环保的优点，但在焊接领域其应用并不广泛，主要应用于感应钎焊和高频焊等领域。

发明内容

发明目的

本发明提供了一种感应搅拌焊接方法及搅拌头，针对摩擦热需要顶端压力大的不足，采用感应加热替代摩擦加热工件，充分利用感应加热的具有集肤效应的特点，克服了搅拌摩擦焊顶锻压力大的缺点，将“搅拌+摩擦”的焊接方式改进为“搅拌+感应”焊接方式。

技术方案

本发明通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种感应搅拌焊接方法，其特征在于，用于焊接的感应搅拌头内部设置有感应线圈，焊接时感应线圈与焊接电源接通，搅拌头轴线与被焊工件表面的法线保持夹角，旋转或不旋转插入焊接工件一定深度后并沿着焊缝方向移动，距离感应线圈较近的母材在感应加热集肤效应作用下，局部被快速加热到一定温度，使之达到塑性或熔化状态，同时在搅拌头的机械搅拌作用下实现金属连接。

所述的搅拌感应焊接方法可用于工件间接头形式至少包括对接接头、搭接接头、T形接接头、角接接头和点焊接头。

所述的焊接电源类型至少包括交流电流、脉动电流，电流频率至少包括高频、中频、工频。

本发明提供了一种感应搅拌焊接用的感应搅拌头。其特征在于，感应搅拌头结构至少包括轴肩、搅拌针和感应线圈。轴肩上部分与一个动力源连接，如机床的主轴（图中未标出）相连，轴肩下表面与搅拌针相连，感应线圈布置在轴肩和搅拌针内部且距焊缝较近的表面，便于感应加热焊缝母材，感应线圈通过搅拌头内置的导线与焊接电源连接。

所述轴肩、搅拌针的材料为非金属材料，至少包括陶瓷、玻璃、氧化铝、碳纤维，感应线圈为金属材料或其他导电材料。

所述感应线圈对轴肩、搅拌针不产生感应电流，仅对线圈附近的母材产生感应电流，从而直接对母材进行感应加热。

所述感应搅拌头的轴肩底面具有凹面形状，轴肩结构可为单轴肩和双轴肩。

所述的搅拌针表面具有螺纹、沟槽形状，可增加焊缝金属的流动性。

所述搅拌针的横截面形状至少包括圆形、三角形、矩形、多边形、梅花形。