[發明專利]徑向充磁單側磁控電阻點焊裝置

有效

• 申請號: 201810553987.8
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108655552B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 祁麟;李永兵;李方舟;樓銘;雷海洋
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B23K11/11
• 分類號: B23K11/11
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種徑向充磁單側磁控電阻點焊裝置，包括：用于生成徑向磁場的至少一塊永磁體單元、電極桿和電極帽，電極帽設置于電極桿末端，永磁體單元中心對稱分布于電極帽周圍，磁力線穿過對稱軸且永磁體單元的底部為熔核區域，該熔核區域內有效攪拌磁場作用方向為徑向。本發明中永磁體單元采用徑向充磁方式，僅需單側布置在任意一側即可在有效焊接區域獲得更強的徑向有效磁場，焊接時徑向外加磁場與軸向焊接電流產生的洛倫茲力對焊核熔化金屬進行非接觸電磁攪拌，使金屬流體做高速旋轉運動沖刷焊核邊界，增大熔核直徑并降低溫度梯度；冷卻結晶階段液態金屬持續做慣性流動，通過打碎枝晶細化晶粒組織，顯著提升焊接接頭質量。

技術領域

本發明涉及的是一種電磁焊接領域的技術，具體是一種徑向充磁單側磁控電阻點焊裝置。

背景技術

高強鋼、鋁合金等輕量化材料以及異種材料連接的廣泛應用給現有電阻點焊工藝帶來諸多挑戰：高強鋼碳當量較高，在焊核快速冷卻過程中極易形成脆硬、粗大的板條狀馬氏體組織，使得焊接接頭強度、疲勞性能大幅下降；而鋁合金導熱導電性能好、線膨脹系數大，在焊接過程中容易產生氣孔、裂紋等缺陷，使得接頭性能低，而且接頭形成過程能耗極高。通過多脈沖、焊后熱處理等手段雖然可以緩解接頭組織脆硬性和界面失效，但需要消耗更多的資源，且工藝過程相對復雜。現有的磁控電阻點焊裝置均為軸向軸對稱磁場，導致焊接區域徑向分量很小，需采用雙側對稱布置才能在有效焊接區與板材平行的徑向具有足夠的磁場強度，導致磁控裝置尺寸大，電磁攪拌效果有限。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種徑向充磁單側磁控電阻點焊裝置，采用徑向充磁方式，僅需安裝在待焊接工件的任意一側，即可提供焊接過程中所需的徑向磁場，并且磁控裝置通過單側多塊永磁體徑向互斥，產生焊接過程中所需要的徑向磁場，使得熔融金屬進行高速旋轉流動，沖刷熔池邊界，降低溫度梯度分布，從而顯著改善熔化金屬的結晶過程，最大化的增加熔核直徑。通過磁場作用機制的改變大幅縮減磁控裝置尺寸，提升了電磁攪拌效果。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：用于生成徑向磁場的至少一個永磁體單元、電極桿和電極帽，其中：電極帽設置于電極桿的末端，永磁體單元中心對稱分布于電極帽周圍，永磁體單元的底部為熔核形成區域，該區域內的有效攪拌磁場方向為與工件平行的徑向。

所述的永磁體單元的弧度為30～180°，厚度為2～10mm，高度為3～15mm，內徑為10～30mm。

所述的永磁體單元，其充磁方向為工件表面平行的徑向，磁力線穿過永磁體單元的對稱軸。

所述的永磁體單元，其工作時下端面與板材的距離優選為[0mm,3mm]。

所述的永磁體單元優選采用耐高溫釹鐵硼，其退磁溫度應大于80℃，其剩磁強度應大于0.8Br/T，矯頑力應大于500Hcb/kA/m。

所述的永磁體單元與電極桿安裝距離為(0mm,1mm]。

所述的永磁體單元可以單個布置，也可針對不同需求進行多塊組合使用，優選為八塊相同的永磁體單元以中心對稱方式設置于電極帽的四周。

本發明涉及一種基于上述裝置的徑向充磁單側磁控電阻點焊工藝，具體為：

步驟1、預壓階段：電極桿和電極帽向下運動，在設定的電極力作用下夾緊工件以提供可靠的導電通路，同時帶動永磁體單元與待焊工件緊密接觸。

步驟2、通電焊接階段：設定的焊接電流通過電極桿和電極帽流過工件，對工件局部進行加熱。軸向焊接電流與永磁體單元產生的徑向磁場相互作用產生周向洛倫茲力，推動液態熔化金屬沿軸向做高速流動，增大焊核尺寸，降低溫度梯度。

步驟3、焊后保持階段：電流調整為通電焊接階段電流的0～20％，使洛倫茲力持續作用于做慣性流動的液態金屬，改變枝晶凝固結晶方向，打碎枝晶并細化晶粒。