本實(shí)用新型涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種電磁振蕩輔助攪拌摩擦焊裝置。

背景技術(shù)：

攪拌摩擦焊(Friction Stir welding簡(jiǎn)稱FSW)是1991年10月英國(guó)焊接研究所提出的一項(xiàng)固相連接發(fā)明專利，具有焊接變形小、焊接質(zhì)量高和綠色無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，被稱為“21世紀(jì)最具革命性的連接技術(shù)”，攪拌摩擦焊廣泛應(yīng)用于航空航天、國(guó)防軍工、軌道交通、輪船汽車等領(lǐng)域。在攪拌摩擦焊過(guò)程中，使用攪拌頭插入工件的待焊接部位，通過(guò)攪拌頭與工件間的攪拌摩擦，摩擦熱使該部位金屬處于熱塑性狀態(tài)并在攪拌頭的壓力作用下從其前端向后部塑性流動(dòng)，從而使待焊件焊接為一個(gè)整體。

但是由于焊接過(guò)程中，攪拌頭受到巨大的軸向下壓力和水平剪切力，攪拌頭磨損嚴(yán)重，其焊接速度受限，對(duì)工裝卡具和攪拌摩擦焊設(shè)備均提出了很高的要求。同時(shí)，采用傳統(tǒng)的攪拌摩擦焊技術(shù)制得的焊件一般都存在多氣孔、焊接區(qū)域疏松等缺點(diǎn)；國(guó)內(nèi)外學(xué)者試著從超聲波輔助、電阻熱、激光能或等離子弧做等附加輔助熱源的方法來(lái)改善焊接環(huán)境，但是他們具有適用范圍窄，效率低以及生產(chǎn)工藝的可控性、成本及環(huán)保等方面仍有待進(jìn)一步的改進(jìn)；為此，迫切需要提供一種在適用性廣，能顯著減輕或者消除焊件中氣孔、疏松的攪拌摩擦焊裝置，提高成材率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種電磁振蕩輔助攪拌摩擦焊裝置，利用靜磁場(chǎng)與電場(chǎng)耦合作用形成的電磁振蕩改善焊接過(guò)程中金屬半固態(tài)和液態(tài)金屬的流場(chǎng)與傳質(zhì)作用，從而達(dá)到提高焊接速度，改善焊接質(zhì)量，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種電磁振蕩輔助攪拌摩擦焊裝置，包括攪拌摩擦焊機(jī)，在攪拌摩擦焊機(jī)的工作端頭處設(shè)置攪拌頭，軸肩放置在攪拌摩擦焊機(jī)的前端實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊機(jī)的位置固定，待焊工件放置在攪拌摩擦焊機(jī)正下方且攪拌頭與待焊工件上的焊接區(qū)域位置對(duì)應(yīng)，在待焊工件左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置電磁發(fā)生器，在待焊工件前后兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置電極，該電極與電源連接實(shí)現(xiàn)電極的開(kāi)閉。

前述的一種電磁振蕩輔助攪拌摩擦焊裝置中，所述電磁發(fā)生器產(chǎn)生的磁場(chǎng)為穩(wěn)恒磁場(chǎng)或交變磁場(chǎng)。

前述的一種電磁振蕩輔助攪拌摩擦焊裝置中，所述電源為直流電源、交流電源或脈沖電源。

前述的一種電磁振蕩輔助攪拌摩擦焊裝置中，該電磁發(fā)生器產(chǎn)生的磁場(chǎng)位向與電極間電流方向的夾角為30°～150°。

本實(shí)用新型原理是：電磁發(fā)生器產(chǎn)生磁場(chǎng)，兩個(gè)電極與電交變電源連接，其中磁場(chǎng)方向與兩電極間電流方向保持一定夾角(30-150°)關(guān)系，通過(guò)磁場(chǎng)與電場(chǎng)的耦合作用產(chǎn)生電磁振蕩，在焊接的過(guò)程中利用磁場(chǎng)與電場(chǎng)的交互作用產(chǎn)生的電磁振蕩對(duì)待焊工件焊接區(qū)域的影響從而改善焊接工件組織及力學(xué)性能。

由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用信息具有顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步:

1)、輔助電磁振蕩可以在較小的軸肩壓力下獲得良好的焊縫成形，從而可以降低攪拌摩擦焊對(duì)設(shè)備的要求。

2)、輔助電磁振蕩可以在提高焊接速度的情況下獲得良好的焊縫成形，有助于提高焊接效率。

3)、輔助電磁振蕩后接頭微觀組織中焊核區(qū)和熱力影響區(qū)晶粒都有所細(xì)化，對(duì)改善焊縫組織有一定的積極影響。

本實(shí)用信息可以進(jìn)行連續(xù)操作，有望制備出長(zhǎng)尺寸的待焊工件，提高其成材率，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，顯著降低生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2是本實(shí)用新型中待焊工件區(qū)電磁振蕩俯視圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的實(shí)施例：一種電磁振蕩輔助攪拌摩擦焊裝置，如附圖所示，包括攪拌摩擦焊機(jī)1，在攪拌摩擦焊機(jī)1的工作端頭處設(shè)置攪拌頭3，軸肩2放置在攪拌摩擦焊機(jī)1的前端實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊機(jī)1的位置固定，待焊工件4放置在攪拌摩擦焊機(jī)1正下方且攪拌頭3與待焊工件4上的焊接區(qū)域9位置對(duì)應(yīng)，焊接區(qū)域9在攪拌頭3的工作下形成焊縫8，在待焊工件4左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置電磁發(fā)生器5，在待焊工件4前后兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置電極7，該電極7與電源10連接實(shí)現(xiàn)電極7的開(kāi)閉。

其中該電磁發(fā)生器5產(chǎn)生的磁場(chǎng)6為穩(wěn)恒磁場(chǎng)或交變磁場(chǎng)，該電源10為直流電源、交流電源或脈沖電源，該電磁發(fā)生器5產(chǎn)生的磁場(chǎng)6位向與電極7間電流11方向的夾角為30°～150°。

具體使用時(shí)

本實(shí)施例包括帶有攪拌頭的攪拌摩擦焊機(jī)、電磁發(fā)生器、電極、電源，由電磁發(fā)生器、電極、電源組成電磁振動(dòng)單元，電磁發(fā)生器產(chǎn)生磁場(chǎng)，兩個(gè)電極與電交變電源連接，其中磁場(chǎng)方向與兩電極間電流方向保持一定夾角(30-150°)關(guān)系，通過(guò)磁場(chǎng)與電場(chǎng)的耦合作用產(chǎn) 生電磁振蕩12。在焊接的過(guò)程中利用磁場(chǎng)與電場(chǎng)的交互作用產(chǎn)生的電磁振蕩對(duì)待焊工件焊接區(qū)域的影響從而改善焊接工件組織及力學(xué)性能。

本實(shí)施例的焊接裝置工作過(guò)程如下：將一定尺寸范圍待焊工件，并固定好，采用的攪拌頭為無(wú)磁性或磁性非常弱的材料，打開(kāi)電磁發(fā)生器，在攪拌頭工作的地方產(chǎn)生一個(gè)(0.001-20特斯拉(T))外磁場(chǎng)，并在磁場(chǎng)呈一定角度的方向上在待焊工件上安裝電極，開(kāi)啟電源產(chǎn)生電流(或電場(chǎng))，調(diào)節(jié)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的大小和周期，形成電磁振蕩。通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改調(diào)節(jié)洛倫茲力的大小，將電磁振蕩振動(dòng)的能量導(dǎo)入到焊縫深層，能夠降低焊接流變的抵抗力，減小殘余應(yīng)力，以達(dá)到改善焊縫組織，提高焊縫強(qiáng)度的目的，同時(shí)還可以起到細(xì)化晶粒改善金屬宏觀和微觀偏析的效果。

其具體操作步驟如下：

(a)將待焊工件切割成一定范圍尺寸的材料；

(b)將待焊工件、攪拌摩擦焊機(jī)、電磁發(fā)生器、電極、電源等設(shè)備連接組裝好；

(c)打開(kāi)連接在電極上的電源，調(diào)節(jié)到所需范圍的電流密度；

(d)打開(kāi)電磁發(fā)生器，產(chǎn)生磁場(chǎng)，調(diào)控好一定范圍磁場(chǎng)強(qiáng)度，由于磁場(chǎng)與電場(chǎng)的交互作用產(chǎn)生電磁振蕩；

(e)打開(kāi)電源進(jìn)行攪拌摩擦焊，調(diào)節(jié)合適大小的攪拌頭轉(zhuǎn)速、焊接速度從而制備出合格的焊件。

上述施加在電極上的用電源可以為幅值恒定的直流電源，或?yàn)檎?空比和頻率可調(diào)的脈沖電源，或者是占空比、頻率和周期可反向的直流電源，為電磁振蕩過(guò)程提供不同特性的電流，電磁發(fā)生器可以為永久磁鐵采用磁路設(shè)計(jì)得到的磁場(chǎng)，也可以為電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，還可以是采用Bitter磁體或者超導(dǎo)磁體或者Bitter磁體和超導(dǎo)磁體混合磁體提供的磁場(chǎng)，提供的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.001-20T。

本實(shí)施例的對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)一、旋轉(zhuǎn)待焊金屬材料AZ91D鎂合金進(jìn)行焊接時(shí)，該AZ91D鎂合金采用的尺寸偉：200mm×100mm×10mmpm，攪拌頭長(zhǎng)度為6mm。焊接實(shí)施過(guò)程中調(diào)節(jié)電磁發(fā)生器磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.5T，調(diào)節(jié)電極距離為200mm，電流密度20A/dm2，調(diào)節(jié)攪拌頭轉(zhuǎn)速位700rpm，焊接速度v＝100mm/min，軸肩下壓量0.05mm。磁場(chǎng)與電場(chǎng)方向垂直，通過(guò)電磁振蕩獲得質(zhì)量?jī)?yōu)異的焊件。

試驗(yàn)二、采用200×100mm×10mm的AZ91D鎂合金焊接材料，用現(xiàn)有攪拌摩擦焊機(jī)，開(kāi)啟攪拌摩擦焊機(jī)攪拌頭，沿焊接方向焊接，與試驗(yàn)一焊接參數(shù)完全相同，區(qū)別在于不加磁場(chǎng)和電場(chǎng)，獲得焊接工件質(zhì)量遠(yuǎn)低于電磁振蕩的焊件。

上述方案的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用的實(shí)用新型，熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)實(shí)施方案做出各種修改，因此，本實(shí)用新型不限于上述實(shí)方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的方法，不脫離本實(shí)用新型范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。