本實用新型涉及焊接技術領域，尤其是一種電磁振蕩輔助攪拌摩擦焊裝置。

背景技術：

攪拌摩擦焊(Friction Stir welding簡稱FSW)是1991年10月英國焊接研究所提出的一項固相連接發(fā)明專利，具有焊接變形小、焊接質量高和綠色無污染等優(yōu)點，被稱為“21世紀最具革命性的連接技術”，攪拌摩擦焊廣泛應用于航空航天、國防軍工、軌道交通、輪船汽車等領域。在攪拌摩擦焊過程中，使用攪拌頭插入工件的待焊接部位，通過攪拌頭與工件間的攪拌摩擦，摩擦熱使該部位金屬處于熱塑性狀態(tài)并在攪拌頭的壓力作用下從其前端向后部塑性流動，從而使待焊件焊接為一個整體。

但是由于焊接過程中，攪拌頭受到巨大的軸向下壓力和水平剪切力，攪拌頭磨損嚴重，其焊接速度受限，對工裝卡具和攪拌摩擦焊設備均提出了很高的要求。同時，采用傳統(tǒng)的攪拌摩擦焊技術制得的焊件一般都存在多氣孔、焊接區(qū)域疏松等缺點；國內外學者試著從超聲波輔助、電阻熱、激光能或等離子弧做等附加輔助熱源的方法來改善焊接環(huán)境，但是他們具有適用范圍窄，效率低以及生產工藝的可控性、成本及環(huán)保等方面仍有待進一步的改進；為此，迫切需要提供一種在適用性廣，能顯著減輕或者消除焊件中氣孔、疏松的攪拌摩擦焊裝置，提高成材率，降低企業(yè)生產成本。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是：提供一種電磁振蕩輔助攪拌摩擦焊裝置，利用靜磁場與電場耦合作用形成的電磁振蕩改善焊接過程中金屬半固態(tài)和液態(tài)金屬的流場與傳質作用，從而達到提高焊接速度，改善焊接質量，操作簡單，生產成本較低，以克服現有技術的不足。

本實用新型是這樣實現的：

一種電磁振蕩輔助攪拌摩擦焊裝置，包括攪拌摩擦焊機，在攪拌摩擦焊機的工作端頭處設置攪拌頭，軸肩放置在攪拌摩擦焊機的前端實現攪拌摩擦焊機的位置固定，待焊工件放置在攪拌摩擦焊機正下方且攪拌頭與待焊工件上的焊接區(qū)域位置對應，在待焊工件左右兩側對稱設置電磁發(fā)生器，在待焊工件前后兩側對稱設置電極，該電極與電源連接實現電極的開閉。

前述的一種電磁振蕩輔助攪拌摩擦焊裝置中，所述電磁發(fā)生器產生的磁場為穩(wěn)恒磁場或交變磁場。

前述的一種電磁振蕩輔助攪拌摩擦焊裝置中，所述電源為直流電源、交流電源或脈沖電源。

前述的一種電磁振蕩輔助攪拌摩擦焊裝置中，該電磁發(fā)生器產生的磁場位向與電極間電流方向的夾角為30°～150°。

本實用新型原理是：電磁發(fā)生器產生磁場，兩個電極與電交變電源連接，其中磁場方向與兩電極間電流方向保持一定夾角(30-150°)關系，通過磁場與電場的耦合作用產生電磁振蕩，在焊接的過程中利用磁場與電場的交互作用產生的電磁振蕩對待焊工件焊接區(qū)域的影響從而改善焊接工件組織及力學性能。

由于采用了上述技術方案，與現有技術相比，與現有技術相比較，本實用信息具有顯而易見的突出實質性特點和顯著進步:

1)、輔助電磁振蕩可以在較小的軸肩壓力下獲得良好的焊縫成形，從而可以降低攪拌摩擦焊對設備的要求。

2)、輔助電磁振蕩可以在提高焊接速度的情況下獲得良好的焊縫成形，有助于提高焊接效率。

3)、輔助電磁振蕩后接頭微觀組織中焊核區(qū)和熱力影響區(qū)晶粒都有所細化，對改善焊縫組織有一定的積極影響。

本實用信息可以進行連續(xù)操作，有望制備出長尺寸的待焊工件，提高其成材率，提高生產效率和質量，顯著降低生產成本。

附圖說明

附圖1是本實用新型的結構示意圖；

附圖2是本實用新型中待焊工件區(qū)電磁振蕩俯視圖。

具體實施方式

本實用新型的實施例：一種電磁振蕩輔助攪拌摩擦焊裝置，如附圖所示，包括攪拌摩擦焊機1，在攪拌摩擦焊機1的工作端頭處設置攪拌頭3，軸肩2放置在攪拌摩擦焊機1的前端實現攪拌摩擦焊機1的位置固定，待焊工件4放置在攪拌摩擦焊機1正下方且攪拌頭3與待焊工件4上的焊接區(qū)域9位置對應，焊接區(qū)域9在攪拌頭3的工作下形成焊縫8，在待焊工件4左右兩側對稱設置電磁發(fā)生器5，在待焊工件4前后兩側對稱設置電極7，該電極7與電源10連接實現電極7的開閉。

其中該電磁發(fā)生器5產生的磁場6為穩(wěn)恒磁場或交變磁場，該電源10為直流電源、交流電源或脈沖電源，該電磁發(fā)生器5產生的磁場6位向與電極7間電流11方向的夾角為30°～150°。

具體使用時

本實施例包括帶有攪拌頭的攪拌摩擦焊機、電磁發(fā)生器、電極、電源，由電磁發(fā)生器、電極、電源組成電磁振動單元，電磁發(fā)生器產生磁場，兩個電極與電交變電源連接，其中磁場方向與兩電極間電流方向保持一定夾角(30-150°)關系，通過磁場與電場的耦合作用產 生電磁振蕩12。在焊接的過程中利用磁場與電場的交互作用產生的電磁振蕩對待焊工件焊接區(qū)域的影響從而改善焊接工件組織及力學性能。

本實施例的焊接裝置工作過程如下：將一定尺寸范圍待焊工件，并固定好，采用的攪拌頭為無磁性或磁性非常弱的材料，打開電磁發(fā)生器，在攪拌頭工作的地方產生一個(0.001-20特斯拉(T))外磁場，并在磁場呈一定角度的方向上在待焊工件上安裝電極，開啟電源產生電流(或電場)，調節(jié)電場和磁場的大小和周期，形成電磁振蕩。通過調節(jié)磁場強度、電場強度來改調節(jié)洛倫茲力的大小，將電磁振蕩振動的能量導入到焊縫深層，能夠降低焊接流變的抵抗力，減小殘余應力，以達到改善焊縫組織，提高焊縫強度的目的，同時還可以起到細化晶粒改善金屬宏觀和微觀偏析的效果。

其具體操作步驟如下：

(a)將待焊工件切割成一定范圍尺寸的材料；

(b)將待焊工件、攪拌摩擦焊機、電磁發(fā)生器、電極、電源等設備連接組裝好；

(c)打開連接在電極上的電源，調節(jié)到所需范圍的電流密度；

(d)打開電磁發(fā)生器，產生磁場，調控好一定范圍磁場強度，由于磁場與電場的交互作用產生電磁振蕩；

(e)打開電源進行攪拌摩擦焊，調節(jié)合適大小的攪拌頭轉速、焊接速度從而制備出合格的焊件。

上述施加在電極上的用電源可以為幅值恒定的直流電源，或為占 空比和頻率可調的脈沖電源，或者是占空比、頻率和周期可反向的直流電源，為電磁振蕩過程提供不同特性的電流，電磁發(fā)生器可以為永久磁鐵采用磁路設計得到的磁場，也可以為電磁鐵產生的磁場，還可以是采用Bitter磁體或者超導磁體或者Bitter磁體和超導磁體混合磁體提供的磁場，提供的磁感應強度為0.001-20T。

本實施例的對比試驗

試驗一、旋轉待焊金屬材料AZ91D鎂合金進行焊接時，該AZ91D鎂合金采用的尺寸偉：200mm×100mm×10mmpm，攪拌頭長度為6mm。焊接實施過程中調節(jié)電磁發(fā)生器磁場強度為0.5T，調節(jié)電極距離為200mm，電流密度20A/dm2，調節(jié)攪拌頭轉速位700rpm，焊接速度v＝100mm/min，軸肩下壓量0.05mm。磁場與電場方向垂直，通過電磁振蕩獲得質量優(yōu)異的焊件。

試驗二、采用200×100mm×10mm的AZ91D鎂合金焊接材料，用現有攪拌摩擦焊機，開啟攪拌摩擦焊機攪拌頭，沿焊接方向焊接，與試驗一焊接參數完全相同，區(qū)別在于不加磁場和電場，獲得焊接工件質量遠低于電磁振蕩的焊件。

上述方案的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和使用的實用新型，熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對實施方案做出各種修改，因此，本實用新型不限于上述實方案，本領域技術人員根據本實用新型的方法，不脫離本實用新型范疇所做出的改進和修改都應該在本實用新型的保護范圍之內。