[发明专利]一种搅拌摩擦对接焊装置及其加工方法

说明书

本发明涉及一种搅拌摩擦对接焊装置及其加工方法，包括搅拌摩擦焊机构，所述搅拌摩擦焊机构包括搅拌摩擦焊设备、工作台和待焊接工件，所述工作台用于放置和固定待焊接工件，所述待焊接工件包括一号工件和二号工件，所述一号工件与二号工件相互接触形成对接界面，该装置还包括脉冲电流机构和超声振动机构。本发明本发明通过在待焊接工件区域施加超声振动，以促进焊接过程中的材料软化和塑性流动，而且可以减少搅拌头轴向下压力和转矩，提高焊接速度，提高搅拌头寿命。

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种搅拌摩擦对接焊装置及其加工方法。

背景技术

搅拌摩擦焊是一种焊接质量高、焊接变形小、焊接过程绿色环保的固相连接技术。常规搅拌摩擦焊需要很大的轴向压力和搅拌头转矩来产生足够的摩擦热和塑性功来软化材料形成焊缝，使其焊接速度低、焊接载荷大、搅拌头磨损严重，尤其是在焊接高强高硬材料时，这种问题变得更加突出。为解决这些问题，人们研发了外加能量辅助搅拌摩擦焊技术，即在常规搅拌摩擦焊的基础上，辅以激光加热、电弧加热、感应加热、电流加热、超声振动等，促进焊接过程中的材料软化和塑性流动。采用各种辅助热源对工件进行局部预热，能有效促进材料软化，但附加热输入过量会导致焊缝热影响区扩大与晶粒粗化。作为一类机械能，超声振动能够在无显著加热的条件下降低金属材料的变形抗力，超声辅助搅拌摩擦焊利用超声振动能够降低金属材料屈服应力和流变应力的特点，将超声施加于搅拌摩擦焊的热-力过程，改善搅拌头附近的塑性材料流动，符合搅拌摩擦焊低碳环保的理念，具有很大的发展潜力。目前，超声振动的施加方式主要有从横向施加于搅拌头、从轴向施加于搅拌头、从侧向施加于工件以及从搅拌头前方施加于工件4种。试验表明，通过直接向搅拌头前方的待焊接工件上施加超声振动能场，能改善焊缝成分，减少或消除焊接缺陷，拓宽焊接工艺参数窗口以及提高接头性能。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的一种搅拌摩擦对接焊装置及其加工方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种搅拌摩擦对接焊装置，包括搅拌摩擦焊机构，所述搅拌摩擦焊机构包括搅拌摩擦焊设备、工作台和待焊接工件，所述工作台用于放置和固定待焊接工件，所述待焊接工件包括一号工件和二号工件，所述一号工件与二号工件相互接触形成对接界面，该装置还包括脉冲电流机构和超声振动机构。

作为本发明的进一步优化方案，所述工作台与待焊接工件之间还设置有绝缘板，所述绝缘板用于隔绝待焊接工件与工作台。

作为本发明的进一步优化方案，所述搅拌摩擦焊设备设置于工作台上方，所述搅拌摩擦焊设备的输出端设置有搅拌头，所述搅拌头设置于所述工作台表面的待焊接工件上方，且所述搅拌头的移动轨迹与待焊接工件的对接界面相互重合，在焊接时能在对接界面处形成焊缝。

作为本发明的进一步优化方案，所述超声振动机构包括超声波发生器，所述超声波发生器的输出端连接有超声换能器，所述超声换能器的输出端设置有超声振幅杆，所述超声振幅杆位于搅拌头移动轨迹的前部，且其头部为半球形，所述超声振幅杆倾斜设置，其与待焊接工件之间的夹角为θ，该夹角θ为15-90°。

作为本发明的进一步优化方案，所述脉冲电流机构包括固定电极组件、滚动电极组件和脉冲电源，所述固定电极组件包括设置于所述待焊接工件对接界面底面的铜板电极，所述铜板电极的底表面包覆有一层弹性绝缘垫。

作为本发明的进一步优化方案，所述滚动电极组件包括设置于待焊接工件上方的调节座，所述调节座的末端设置有滚动电极，所述滚动电极设置于搅拌头的移动轨迹的后部，通过调节调节座，使滚动电极与工件焊接后形成的焊缝接触，并在焊缝所在区域移动；所述脉冲电源的一端与滚动电极连接，另一端与铜板电极连接。

一种如上述任一所述的搅拌摩擦对接焊装置的加工方法，包括以下步骤：