[发明专利]一种磁力环绕式双轴肩搅拌摩擦焊具及其安装方法

说明书

本发明公开一种磁力环绕式双轴肩搅拌摩擦焊具及其安装方法，涉及搅拌摩擦焊具技术领域，包括搅拌头，搅拌头内套接环绕式磁场装置，环绕式磁场装置底部安装有磁力线引导装置，环绕式磁场装置内设有水冷装置，搅拌头上下两端端固定设有磁场增强装置，在焊接速度和转速一定的情况下，加装一种环绕式磁场装置、磁力线引导装置以及磁场增强装置，可以提高焊核区尺寸，提高焊件底部的金属流动性以填充搅拌针后方的空腔时，弥补弥散分布的空洞缺陷。该工艺简单，成本低廉，焊接效率高，搅拌头使用寿命高，能使焊缝组织晶粒细化，综合性能显著提高。工艺简单，成本低廉，焊接效率高，搅拌头使用寿命高，能使焊缝组织晶粒细化，综合性能显著提高。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊具技术领域，具体涉及到一种磁力环绕式双轴肩搅拌摩擦焊具及其安装方法。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种绿色固相连接技术，近年来被广泛应用于航空航天、轨道交通等领域。通过搅拌针和轴肩与工件间的摩擦热，在搅拌针的附件形成塑性软化层，软化层在搅拌头高速旋转的作用下填充入搅拌针后方形成的空腔内，从而实现可靠的连接，它具有焊接接头强度高、焊接工件变形小、绿色环保等优点。 CN213318311U公开了一种搅拌摩擦焊焊具、搅拌摩擦焊设备，其在搅拌头本体与轴肩结构的配合面设置有用于容纳搅拌摩擦焊废料的第一空腔结构，可避免轴肩与搅拌头之间的缝隙内部废料的积累，从而避免主轴消耗以及避免搅拌头与静止轴肩配合面的磨损，提高搅拌头的使用寿命，而且可降低不必要能量的消耗，但其在使用过程中存在诸多问题：搅拌摩擦焊焊接过程中产生了大量的摩擦热和塑性变形热，塑性变形后的细小晶粒容易长大变成粗晶粒，使焊接接头存在明显的热软化效应，导致焊接接头强度和塑性降低。因此，亟需一种有效方法解决目前常规搅拌摩擦焊所面临的主要问题，以获得晶粒细小，综合性能优好的搅拌摩擦焊具。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种磁力环绕式双轴肩搅拌摩擦焊具以及其安装方法，在焊接速度和转速一定的情况下，加装一种环绕式磁场装置、磁力线引导装置以及磁场增强装置，可以提高焊核区尺寸，提高焊件底部的金属流动性以填充搅拌针后方的空腔时，弥补弥散分布的空洞缺陷。该工艺简单，成本低廉，焊接效率高，搅拌头使用寿命高，能使焊缝组织晶粒细化，综合性能显著提高。工艺简单，成本低廉，焊接效率高，搅拌头使用寿命高，能使焊缝组织晶粒细化，综合性能显著提高。

为了解决上述问题，本发明提供了一种磁力环绕式双轴肩搅拌摩擦焊具，包括搅拌头，所述搅拌头内套接环绕式磁场装置，所述搅拌头带动环绕式磁场装置呈同步高度运动，所述环绕式磁场装置底部安装有磁力线引导装置，所述环绕式磁场装置内设有水冷装置，所述搅拌头上下两端固定设有磁场增强装置；

所述环绕式磁场装置包括强力磁铁和外置储磁套筒，所述强力磁铁设于外置储磁套筒内部，所述强力磁铁N极朝下，焊接时，搅拌头携带外置储磁套筒进行同步高速运动，使得强力磁铁在高速旋转时同时产生强空间旋转磁场，通过磁感应矢量在空间内的旋转与变化，形成电能与转动机械能之间相互转化，在焊件内部形成方向与搅拌针旋转方向相同的电磁力，强化搅拌针的搅拌作用，能有效提高塑性金属流动速度，增加焊缝热影响区宽度，提高焊缝成型效率与质量。

所述磁力线引导装置为磁耳，所述磁力线引导装置呈T型结构，所述磁力线引导装置的偏置角度为30-35°，偏离距离为3-8mm，通过多次有效的试验及设计，保持此角度和距离时，可以最大限度地保证磁感线穿过焊缝的焊核区，而不是将磁作用于热影响区等其他区域，对磁力线引导效果极佳。

所述水冷装置包括螺旋式冷却槽和集水器，所述螺旋式冷却槽设于强力磁铁外壁，所述外置储磁套筒内设有集水器，所述集水器一端与螺旋式冷却槽相连接，所述外置储磁套筒内壁向外开设有放水口，所述集水器出水口一端管道设于放水口内，所述搅拌头上端开有设向内的输水内孔，所述输水内孔呈倒T型结构，所述输水内孔向下的两端端部开设有出水管，所述出水管与螺旋式冷却槽相连接，通过水泵将水注入软管，输水内孔以及螺旋式冷却槽中，最后流入集水器中，可以带走多余的焊接热量，散热效果极佳。