[发明专利]电磁搅拌摩擦点焊装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术设备，尤其涉及一种电磁搅拌摩擦点焊装置及其方法。

背景技术

搅拌摩擦点焊（Friction Stir Spot Welding,FSSW）是在“线性”搅拌摩擦焊接基础上，新近研究开发的一种创新的焊接技术。FSSW可以形成点焊的搭接接头，其焊缝外观与通常应用于铝合金构件的电阻点焊类似，因而具有很高的应用价值和研究意义

目前，已公开的资料中报道了两种不同的FSSW技术。第一种方法是日本Mazda汽车公司于1993年发明的搅拌摩擦点焊，这种搅拌摩擦点焊又称为“带有退出孔的搅拌摩擦点焊”技术，采用的焊接设备与普通搅拌摩擦焊接设备类似，具体的焊接过程可分为3个阶段：a、压入过程：搅拌头不断旋转，通过施加顶锻压力插入连接工件中，在压力作用下工件与搅拌头之间产生摩擦热，软化周围材料，搅拌头进一步压入工件；b、连接过程：搅拌头完全镶嵌在工件中，保持搅拌头压力并使轴肩接触工件表面，继续旋转一定时间；c、回撤过程：完成连接后搅拌头从工件退出，在点焊缝中心留下典型的退出凹孔。

第二种方法是德国GKSS研究中心于1999年发明的搅拌摩擦点焊，采用特殊的搅拌头，通过精确控制搅拌头各部件的相对运动，在搅拌头回撤的同时填充搅拌头在焊接过程中形成的退出孔，采用该方法焊接的点焊缝平整，焊点中心没有凹孔。搅拌摩擦点焊的搅拌头主要由三部分组成，分别为最内部的探针、中间层的袖筒以及最外层的夹套。其中，夹套在焊接时固定，不发生旋转，而中间层的袖筒和最内层的探针在焊接时既发生旋转也发生沿轴向的相对运动。搅拌摩擦点焊过程中，搅拌区的材料受到搅拌头作用进行复杂的圆周运动和轴向运动，在热和力的综合作用下发生动态再结晶，形成等轴晶粒的再结晶组织。

但是，搅拌摩擦点焊接头中搅拌区、热机影响区和热影响区的微观组织形貌与晶粒尺寸对接头拉剪、疲劳等力学性能产生重要影响，而现有的再结晶组织细化程度不能满足现有工艺之需求。故，寻求一种能有效细化接头中的再结晶组织，从而提高点焊接头的综合性能的方法已成为本行业亟待解决的问题之一。

故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种电磁搅拌摩擦点焊装置及其方法。

发明内容

本发明是针对现有技术中，所述搅拌摩擦点焊接头中搅拌区、热机影响区和热影响区的微观组织形貌与晶粒尺寸对接头拉剪、疲劳等力学性能产生重要影响，而现有的再结晶组织细化程度不能满足现有工艺之需求或者会产生退出凹孔等缺陷提供一种电磁搅拌摩擦点焊装置。

本发明的又一目的是针对现有技术中，现有的再结晶组织细化程度不能满足现有工艺之需求或者会产生退出凹孔等缺陷提供一种电磁搅拌摩擦点焊装置的焊接方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种电磁搅拌摩擦点焊装置，所述电磁搅拌摩擦点焊装置包括：焊接垫块，所述焊接垫块用于承载所述待焊接板材；搅拌头，所述搅拌头用于焊接所述待焊接板材，并进一步包括设置在所述搅拌头里层的搅拌针、设置在所述搅拌头外层的夹紧套，以及设置在所述搅拌针与所述夹紧套之间的搅拌套，所述搅拌针、搅拌套，以及所述夹紧套共中心轴线设置；第一励磁线圈和第二励磁线圈，所述第一励磁线圈和所述第二励磁线圈分别设置在所述夹紧套和所述焊接垫块上，并以所述焊接垫块为中心呈对称分布；电力变换装置，所述电力变换装置的输出端与所述第一励磁线圈的第一驱动输入端和第一接地端电连接，所述电力变换装置的输出端与所述第二励磁线圈的第二驱动输入端和第二接地端电连接，所述第一励磁线圈与所述第二励磁线圈并联布置；以及位移传感器，所述位移传感器的一端与所述搅拌套电连接，所述位移传感器的另一端与所述电力变换装置电连接。

可选地，所述第一励磁线圈和所述第二励磁线圈均为具有铁芯的螺线管励磁线圈。

为实现本发明之又一目的，本发明提供一种电磁搅拌摩擦点焊装置的焊接方法，所述方法包括：

执行步骤S1：开始焊接阶段，提供所述待焊接板材，并承载在所述焊接垫块上，所述搅拌头之夹紧套压紧所述待焊接板材，所述搅拌头之搅拌针和搅拌套与所述待焊接板材接触，所述位移传感器感测所述搅拌头运动至所述待焊接板材之上表面，并将所述信号反馈至所述电力变换装置；