[发明专利]一种附加热源辅助搅拌摩擦焊接方法及装置

权利要求书

1.一种附加热源辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，包括：

用于焊接的搅拌头，搅拌头旋转插入工件对接或搭接焊缝中且搅拌头可移动；

用于向工件提供热量在工件表面形成附加热源加热区域的附加热源部件，附加热源部件设于搅拌头的前方，且距离搅拌头设定距离，附加热源部件与工件上表面的夹角为α，30°≤α≤90°；

气体保护装置，气体保护装置位于附加热源加热区域侧上方和/或搅拌头前方，用于对焊接区域通入保护气体；

所述附加热源部件通过刚性连接件与所述的搅拌头的夹持机构连接，实现搅拌头与附加热源部件的运动同步；

所述附加热源部件提供的附加热源是激光；

所述搅拌头的移动速度即焊接速度V₁与焊缝长度S、附加热源功率P的关系式为：

其中，ΔH为工件摩尔融化热，n为激光辐照工件单位摩尔量，ΔT为工件液固相线温差，V₂为工件冷却速率。

2.根据权利要求1所述的一种附加热源辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述保护气体为氮气或氩气或氦气或二氧化碳或氢气或氩气与氦气的混合气或二氧化碳气体与氩气的混合气、或二氧化碳气体与氦气的混合气或氢气与氩气的混合气。

3.根据权利要求1所述的一种附加热源辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述气体保护装置包括气体保护喷嘴，气体保护喷嘴轴向与工件上表面的夹角为β，0°≤β≤90°。

4.根据权利要求1所述的一种附加热源辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述搅拌头的轴肩直径为1mm～100mm。

5.一种附加热源辅助搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)附加热源部件设在搅拌头前方、工件上表面，其移动速度与焊接速度一致，附加热源部件与工件上表面的夹角为α，30°≤α≤90°，在附加热源部件加热区域上方和/或搅拌头前方设置可通保护气体的气体保护装置；

2)焊接开始前，通过附加热源部件对工件进行加热至熔化状态，然后冷却至半固态或超塑性状态，或者直接加热工件待焊部位达到半固态或超塑性状态；

3)焊接过程中，附加热源部件与搅拌头的搅拌针移动方向始终为焊接方向，附加热源加热工件到半固态或超塑性状态，搅拌头以设定的焊接速度沿附加热源前进方向在半固态或超塑性状态区域施焊；

所述附加热源部件提供的附加热源是激光；

所述搅拌头的移动速度即焊接速度V₁与焊缝长度S、附加热源功率P的关系式为：

其中，ΔH为工件摩尔融化热，n为激光辐照工件单位摩尔量，ΔT为工件液固相线温差，V₂为工件冷却速率；

4)气体保护装置在附加热源加热区域上方和/或搅拌头前方，通有保护气体对焊接区域进行保护。

6.根据权利要求5所述的一种附加热源辅助搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，当对同种材料的工件进行焊接时，附加热源加热区域在工件上表面位置为焊缝中心，也是搅拌头施焊中心。

7.根据权利要求5所述的一种附加热源辅助搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，当对异种材料的工件进行焊接时，所述附加热源加热区域在工件上表面位置偏向高熔点材料一侧，偏距根据异种材料熔点差值确定。