[发明专利]一种磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置

说明书

一种磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置，包括旋转主轴、夹紧装置、搅拌头、导磁垫板、进步电机、支撑板、磁场调节装置、辅助静止轴肩装置、压力传感器、热电偶和冷却装置的配合来实现，搅拌针棱台状结构、底端面开设弱磁槽随主轴高速旋转，形成以搅拌针中心为轴的区块化分布的旋转磁场，配合工作台垫板中安装异名磁极的强力磁条，增强磁力的汇集，在焊缝内部形成电磁力，加强焊缝区塑性金属机械搅拌，促进塑化金属流动，提高焊接质量，在静止轴肩套筒下部安装压力传感器和热电偶，实时监测反馈数据，在静止轴肩套筒连杆上安装进步电机，支撑板与弹簧配合，实现磁场强弱的自适应调节。

技术领域

本发明专利涉及金属焊接加工领域，特别涉及到一种全新的搅拌摩擦焊接装置。

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。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。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，对设备提出了更高的要求。

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：1、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；2、同时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；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。3、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。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置，克服了现有技术中直流导线之间施加恒定磁场，会使导线产生一个方向的力，且焊缝区与母材之间的电阻率的不同，而带来的外加电流不能均衡到达目标处致使对焊缝金属不能进行均匀搅拌，导致焊接效果差。因现有技术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。

为达到上述目的，本申请是通过以下技术方案来实现的：

本申请所述的一种磁场可调区块化旋转磁场辅助静止轴肩搅拌摩擦装置，包括旋转主轴、夹紧装置、冷却系统和焊接工作台，所述旋转主轴为空心结构，所述搅拌头通过夹紧装置安装于旋转主轴的空心内腔中，所述的搅拌头由导磁材料制成，所述搅拌头包括：搅拌头主体、轴肩和搅拌针，所述搅拌头主体上端为夹紧用的夹持部，所述夹持部下方套设有强力磁环的磁场调节装置，所述磁场调节装置下方的轴肩处套设有辅助静止轴肩装置，所述搅拌针贯穿通过辅助静止轴肩装置的底部通孔对焊接工作台上装夹的焊接母材工件进行搅拌焊接，所述搅拌针为棱台状结构，所述棱台状结构由棱台坡面和棱台端面组成，所述棱台坡面与搅拌针中心轴线形成θ坡角，所述棱台端面单侧向内开设弱磁槽，所述旋转主轴高速旋转带动套设有强力磁环的搅拌头高速旋转，形成以所述搅拌针中心为轴及以所述棱台坡面和棱台端面为旋转面的区块化非对称分布的旋转磁场；