[发明专利]薄壁金属选区磁力振动搅拌摩擦焊接装置及焊接方法

说明书

本发明公开了一种薄壁金属选区磁力振动搅拌摩擦焊接装置，通过旋转电机主轴驱动的搅拌头，摩擦焊接装置还具有固定在搅拌头上的脉动磁场发生器；脉动磁场发生器，朝向待焊接薄壁金属件的端部设有高频感应线加热线圈M和三相线圈模块，以为薄壁金属件焊接区域加热及提供高频振动磁场；三相线圈模块，具有相位依次相差120°的三个独立供电电源A、B、C，而且A、B、C的三相电源之间相序和频率可调。本发明的磁力振动搅拌摩擦焊接装置及其焊接方法，保证了薄壁金属件焊接周向的温度均匀性以及脉动磁场的均匀性，并且使焊缝组织晶粒均匀细化，显著薄壁金属件的焊接性能，可以进行连续操作，能制备出长尺寸的待焊工件，提高其成材率。

技术领域

本发明涉及薄壁金属焊接设备和方法技术领域，特别是涉及一种薄壁金属选区磁力振动搅拌摩擦焊接装置及焊接方法。

背景技术

在薄壁金属搅拌摩擦焊接时，搅拌头压入量小、转速小，塑化金属的体积也小，后退侧金属常常因为流动不及时，从在焊缝中导致飞边或隧道缺陷。同时，导致发生因为搅拌头摩擦挤压作用不够导致产热较低、搅拌针行进阻力较大，甚至导致搅拌针断裂和焊接失败。以此，补充辅助能量成为一种必然选择。

国内外众多研究人员对此展开了相关研究，有关搅拌摩擦焊接辅助加热或振动手段大都采用超声波振动辅助的方法，可以加强焊接区域金属的振动，加快金属成形，但超声波振动方向单一且装备复杂；专利（公开号：CN211921652U）中提出一种附加热源辅助搅拌摩擦焊接装置，其提出的附件热源是激光和/或电弧和/或等离子弧和/或感应加热热源。但其适用场合具有局限性且设备昂贵复杂，需要增加气体保护装置和随电机可移动热源装置，经济性较差。如果采用直接以搅拌头轴线为中心线，进行电磁感应加热，在加热工件的时候，也会导致搅拌头过分加热而迅速损耗。如果运用常规电磁感应加热，使静止的电磁感应线圈中心轴不与搅拌头中心轴线重合、且偏于搅拌头一侧时，只能对局部区域进行感应加热。如果采用永磁铁垂直于工件方向运动产生电磁感应加热效果，则很难实现高频感应电流，同时仍然作用于局部区域；如果在工件上通电使焊接区域金属在磁场作用下受力运动，则存在安全问题，且工件上电流路径不可控导致受力方向不可控。如果采用旋转磁铁的方法产生旋转磁场，则只能采用质量较小的磁铁和旋转速度较小的情况。

现有技术中存在的技术问题是：如何实现薄壁金属前进侧以及后退侧的焊接均匀性，尤其是如何提高现有薄壁金属后退侧选区磁力振动搅拌时产生的磁场均匀性，进而增强薄壁金属焊接处的温度均匀性，将其尽量控制在温差为10度的范围之内，保证薄壁金属整个焊接处的焊疤均匀性，以及保证其长尺寸的薄壁结构件焊接成材率。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种将脉动磁场发生器固定在搅拌头上，并且再以脉动磁场发生器，朝向待焊接薄壁金属件的端部设有高频感应线加热线圈M和三相线圈模块，以为薄壁金属件焊接区域加热及提供高频振动磁场，所述三相线圈模块，具有相位依次相差120°的三个独立供电电源A、B、C，而且所述A、B、C的三相电源之间相序和频率可调。从而在薄壁金属件的后退侧施加周向高频振动，该周向振动力来源于设置于后退侧上方的三相线圈模块的电源A、B、C和搅拌头前方的高频感应加热线圈M，该三相线圈模块产生指向薄壁金属件后退侧金属的脉动磁场分量，该脉动磁场相对后退侧金属来回切割作用，使该区产生高频振动，同时在搅拌头前方的高频感应加热线圈M的高温作用下，更加有利于焊接区金属塑性变形与流动，可以提高焊件底部的金属流动性，并且及时填充搅拌针后方的空腔，弥补弥散分布的空洞缺陷，有利于焊缝组织晶粒细化，使焊缝组织更加均匀，降低了材料塑性变形抗力，减小了搅拌头损耗，提高了焊接质量的薄壁金属选区磁力振动搅拌摩擦焊接装置以及焊接方法。

本发明所采用的技术方案是：一种薄壁金属选区磁力振动搅拌摩擦焊接装置，通过旋转电机主轴驱动的搅拌头，

所述摩擦焊接装置还具有固定在搅拌头上的脉动磁场发生器；

所述脉动磁场发生器，朝向待焊接薄壁金属件的端部设有高频感应线加热线圈M和三相线圈模块，以为薄壁金属件焊接区域加热及提供高频振动磁场；