[发明专利]一种磁化程度可调弹巢式嵌磁搅拌摩擦焊接装置

说明书

本发明公开了一种磁化程度可调弹巢式嵌磁搅拌摩擦焊接装置，该焊接装置主要通过导磁搅拌头、圆柱强磁体、圆柱体合金、导磁垫板、强力磁条、冷却喷雾装置的配合组成；导磁搅拌头设有弹巢式结构，装填圆柱强磁体和圆柱体合金，用隔磁垫片盖住，由装夹装置固定在步进电机空心旋转主轴上；结合导磁垫板内配有异名强磁体，在焊缝内部增强了磁场汇集，形成电磁力，加强焊接区塑性金属机械搅拌，促进塑化金属流动，改善搅拌摩擦焊接过程晶粒组织细化，显著提高综合性能。

技术领域

本发明专利涉及金属焊接加工领域，特别适用于新式搅拌摩擦焊的搅拌头及其使用技术。

背景技术

近年来，关于电磁作用下“磁控”焊接技术的研究，国内外研究学者更多的是将目光集中在将交变磁场应用于熔化焊接方面。

如：中国专利CN201820827965.1公开了电磁辅助搅拌摩擦焊接高熔点合金的装备，包括电流加载单元、磁场加载单元和搅拌摩擦焊接单元，可实现在焊接过程中对焊接区域局部加载高密度脉冲电流和强磁场，搅拌摩擦焊接单元可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。

又如：中国专利CN201810472656.1 公开了电磁辅助作用下的搅拌摩擦焊接装置，由液压驱动及控制单元，精密机械驱动及控制单元，电磁加载单元，试件夹持单元，信号检测单元，试件保护单元以及支撑单元组成。可实现电磁辅助下的搅拌摩擦焊接，以研究电场和磁场对焊接材料性能的影响。

如上专利主要通过施加感应线圈，通过控制交变电流频率来控制磁场强度，这种方式需要添加辅助装置，增加了试验难度，对设备也提出了更高的要求，具有一定的局限。

通过阅读大量国内外文献，发现“磁控”焊接技术在搅拌摩擦焊方面的应用报道极为少见。国内王洪铎等人在专利（申请号：CN 105728934 A）中提出一种电磁辅助搅拌摩擦焊装置及其细化晶粒的方法，但是该专利存在一些问题：

从电学原理角度分析，该专利是给焊件两端加装导线让直流电完全通过焊缝区与磁场配合，但是在实际实施过程中，电流总会沿着电阻较小的方向流动，该专利没有考虑到焊缝区与母材之间的电阻率的不同，原理上行不通；

从磁学原理角度分析，该专利给焊缝两端施加同名磁极目的是在焊缝对接面产生密集磁感线，但是根据同名磁极相互排斥原理，越靠近工件磁感线越向两边分布，达不到磁通在焊缝中心的聚集效果；

结合以上两点，整个焊接操作平台均为导电材料，工件中间通直流电存在安全隐患，不可取，直流导线之间施加恒定磁场，会使导线产生一个方向的力，不能够对焊缝金属进行均匀搅拌。

综上所述：通过分析，此方案焊接时不能达到预期的结果，理论上行不通。

因此为了解决上述问题，急需从另一种创新的角度去考虑，设计一种全新的磁场辅助搅拌摩擦焊装置，对磁控焊接技术在搅拌摩擦焊的应用与研究具有十分重要的参考意义，对生产制造具有一定的现实意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种磁化程度可调弹巢式嵌磁搅拌摩擦焊接装置，克服了因对焊接区域局部加载高密度电流和强磁场，带来的增加焊接辅助装置问题，和焊缝区与母材之间的电阻率的不同，而带来的电流是否会均衡到达目标处，以及在工件两端施加电场产生不安全因素；焊接时在工件焊缝的下方增加异名强磁体解决电磁汇集效果差问题。

为了实现上述目的，本申请是通过以下技术方案来实现的：