[发明专利]一种磁化程度可调外附磁耳式搅拌摩擦焊接装置

说明书

本发明公开了一种磁化程度可调外附磁耳式搅拌摩擦焊接装置，包括电机空心主轴、夹紧装置、搅拌头、外附磁耳式结构和焊接工作台，所述搅拌头上通过夹紧装置一起安装于电机主轴的空心内腔中，搅拌头中部套有强力圆环状磁环，并通过磁耳式结构将磁力线引至搅拌头轴肩处，改变轴肩端面磁场强度，基于高转速形成以搅拌针中心为轴的区块化分布的交变旋转磁场。导磁垫板下方安装有与轴肩端面磁场形成异名磁极，有助于磁力线汇聚并穿过焊核区域，加强焊核区塑性金属机械搅拌，促进塑化金属流动。

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：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化程度可调外附磁耳式搅拌摩擦焊接装置：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；

为了实现上述目的，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化程度可调外附磁耳式搅拌摩擦焊接装置包括：电机主轴、夹紧装置、搅拌头、和焊接工作台，所述电机主轴为空心结构，所述搅拌头通过夹紧装置安装于电机主轴的空心内腔中，所述搅拌头由搅拌头主体、轴肩和搅拌针组成，所述搅拌头主体上端为夹紧用的夹持部，所述夹持部下方设有定位凸台，所述搅拌头主体圆柱面外侧套设有安嵌导磁挂耳和非导磁挂耳的底盖，所述底盖底面与定位凸台端面重合，所述底盖上端面套装有环形强磁体，所述导磁挂耳将环形强磁体的磁力线引至搅拌头同侧轴肩区域，与所述轴肩其他区域形成磁通量差，所述电机主轴高速旋转带动搅拌头高速转动，在所述轴肩端面形成非对称变化的磁通量，所述的搅拌头由非导磁材料制成。

本申请进一步改进在于：所述的底盖上设有2个以上中心对称分布的挂耳沉头通孔用于装填导磁挂耳和非导磁挂耳，所述底盖为中心设有通孔的圆环形结构。