[發明專利]一種磁化程度可調中心嵌磁式攪拌摩擦焊接裝置

有效

• 申請號: 202111369891.4
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN113953651B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 楊志東;陳書錦;石銘霄;高文斌;陳琪昊
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 胡定華

本發明公開了一種磁化程度可調中心嵌磁式攪拌摩擦焊接裝置，包括空心結構電機主軸、夾緊裝置、攪拌頭、冷卻系統和焊接工作臺，所述攪拌頭通過夾緊裝置安裝于電機主軸的空心內腔中，所述的攪拌頭的腔體中填裝有圓柱強磁體，軸肩開設有孔槽結構，電機主軸高速旋轉帶動裝填有圓柱強磁體的攪拌頭轉動，改變導磁攪拌頭軸肩端面磁場強度，結合導磁墊板內配有異名強磁體，在焊縫內部增強了磁場匯集，形成電磁力，加強焊接區塑性金屬機械攪拌，促進塑化金屬流動，改善攪拌摩擦焊接過程晶粒組織細化，顯著提高綜合性能。

技術領域

本發明專利涉及金屬焊接加工領域，特別適用于新式攪拌摩擦焊的攪拌頭及其使用技術。

背景技術

近年來，關于電磁作用下“磁控”焊接技術的研究，國內外研究學者更多的是將目光集中在將交變磁場應用于熔化焊接方面。

如：中國專利CN201820827965.1公開了電磁輔助攪拌摩擦焊接高熔點合金的裝備，包括電流加載單元、磁場加載單元和攪拌摩擦焊接單元，可實現在焊接過程中對焊接區域局部加載高密度脈沖電流和強磁場，攪拌摩擦焊接單元可實現攪拌摩擦焊接加工，在加工過程中，電流加載單元和磁場加載單元跟隨攪拌頭同步移動。

又如：中國專利CN201810472656.1?公開了電磁輔助作用下的攪拌摩擦焊接裝置，由液壓驅動及控制單元，精密機械驅動及控制單元，電磁加載單元，試件夾持單元，信號檢測單元，試件保護單元以及支撐單元組成。可實現電磁輔助下的攪拌摩擦焊接，以研究電場和磁場對焊接材料性能的影響。

如上專利主要通過施加感應線圈，通過控制交變電流頻率來控制磁場強度，這種方式需要添加輔助裝置，增加了難度，對設備也提出了更高的要求，具有一定的局限。

通過閱讀大量國內外文獻，發現“磁控”焊接技術在攪拌摩擦焊方面的應用報道極為少見。國內王洪鐸等人在專利（申請號：CN?105728934?A）中提出一種電磁輔助攪拌摩擦焊裝置及其細化晶粒的方法，但是該專利存在一些問題：

從電學原理角度分析，該專利是給焊件兩端加裝導線讓直流電完全通過焊縫區與磁場配合，但是在實際實施過程中，電流總會沿著電阻較小的方向流動，該專利沒有考慮到焊縫區與母材之間的電阻率的不同，原理上行不通；

從磁學原理角度分析，該專利給焊縫兩端施加同名磁極目的是在焊縫對接面產生密集磁感線，但是根據同名磁極相互排斥原理，越靠近工件磁感線越向兩邊分布，達不到磁通在焊縫中心的聚集效果；

整個焊接操作平臺均為導電材料，工件中間通直流電存在安全隱患，不可取，直流導線之間施加恒定磁場，會使導線產生一個方向的力，不能夠對焊縫金屬進行均勻攪拌。

綜上所述：通過分析，此方案焊接時不能達到預期的結果，理論上行不通。

因此為了解決上述問題，急需從另一種創新的角度去考慮，設計一種全新的磁場輔助攪拌摩擦焊裝置，對磁控焊接技術在攪拌摩擦焊的應用與研究具有十分重要的參考意義，對生產制造具有一定的現實意義。

發明內容

為了解決上述技術問題，本申請提供了一種磁化程度可調中心嵌磁式攪拌摩擦焊接裝置：克服了現有技術中因對焊接區域局部加載高密度電流和強磁場，帶來的增加焊接輔助裝置問題，和焊縫區與母材之間的電阻率的不同，而帶來的電流是否會均衡到達目標處，以及在工件兩端施加電場產生不安全因素；焊接時在工件焊縫的下方增加異名強磁體解決電磁匯集效果差。

為了實現上述目的，本申請是通過以下技術方案來實現的：