一种搅拌感应焊接方法及搅拌头技术

本发明专利技术涉及到一种感应搅拌焊接方法及搅拌头。其特征在于，用于焊接的感应搅拌头内部设置有感应线圈，焊接时感应线圈与焊接电源接通，感应搅拌头轴线与被焊工件表面的法线保持夹角，旋转或不旋转插入焊接工件一定深度后并沿着焊缝方向移动，距离感应线圈较近的母材在感应加热集肤效应作用下，局部被快速加热到一定温度，使之达到塑性或熔化状态，同时在搅拌头的机械搅拌作用下实现金属连接。感应搅拌头至少包括轴肩、搅拌针和感应线圈等组成，轴肩、搅拌针的材料为非导磁材料，感应线圈内置于轴肩和搅拌针内部。本发明专利技术利用感应加热的具有集肤效应，克服了搅拌摩擦焊顶锻压力大的缺点，其结构简单，操作方便，焊接质量高，具有较大的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌感应焊接方法及搅拌头
本专利技术属于一种电磁感应技术在焊接领域的应用，尤其涉及一种搅拌感应焊接方法及搅拌头。
技术介绍
搅拌摩擦焊是一种固相焊接技术，通过摩擦使工件加热塑化，并在搅拌头机械搅拌作用下实现工件间的金属连接。与传统的焊接方法相比，具有优质、低耗、变形小、无污染等特点。但搅拌摩擦焊是一种利用摩擦热实现焊接的技术，焊接顶锻压力大，故焊接设备笨重，工装夹具复杂，不便于焊接操作，也不便于复杂焊缝的应用，目前该技术主要应用于铝合金、镁合金等有色金属的焊接。电磁感应加热，简称为感应加热，其加热过程为：金属工件放入感应圈内，在交变磁场作用下，工件内感应电流，由于感应电流沿工件表面形成封闭回路，通常称为涡流，涡流将电能变成热能。感应加热具有工件的表面加热快的特点，也称为集肤效应。这主要因为涡流主要分布于工件表面，工件内部几乎没有电流通过，频率越高，电流渗透深度越小。电磁感应加热具有无电弧强光、绿色环保的优点，但在焊接领域其应用并不广泛，主要应用于感应钎焊和高频焊等领域。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术提供了一种感应搅拌焊接方法及搅拌头，针对摩擦热需要顶端压力大的不足，采用感应加热替代摩擦加热工件，充分利用感应加热的具有集肤效应的特点，克服了搅拌摩擦焊顶锻压力大的缺点，将“搅拌+摩擦”的焊接方式改进为“搅拌+感应”焊接方式。技术方案本专利技术通过以下技术方案实现的。本专利技术提供了一种感应搅拌焊接方法，其特征在于，用于焊接的感应搅拌头内部设置有感应线圈，焊接时感应线圈与焊接电源接通，搅拌头轴线与被焊工件表面的法线保持夹角，旋转或不旋转插入焊接工件一定深度后并沿着焊缝方向移动，距离感应线圈较近的母材在感应加热集肤效应作用下，局部被快速加热到一定温度，使之达到塑性或熔化状态，同时在搅拌头的机械搅拌作用下实现金属连接。所述的搅拌感应焊接方法可用于工件间接头形式至少包括对接接头、搭接接头、T形接接头、角接接头和点焊接头。所述的焊接电源类型至少包括交流电流、脉动电流，电流频率至少包括高频、中频、工频。本专利技术提供了一种感应搅拌焊接用的感应搅拌头。其特征在于，感应搅拌头结构至少包括轴肩、搅拌针和感应线圈。轴肩上部分与一个动力源连接，如机床的主轴（图中未标出）相连，轴肩下表面与搅拌针相连，感应线圈布置在轴肩和搅拌针内部且距焊缝较近的表面，便于感应加热焊缝母材，感应线圈通过搅拌头内置的导线与焊接电源连接。所述轴肩、搅拌针的材料为非金属材料，至少包括陶瓷、玻璃、氧化铝、碳纤维，感应线圈为金属材料或其他导电材料。所述感应线圈对轴肩、搅拌针不产生感应电流，仅对线圈附近的母材产生感应电流，从而直接对母材进行感应加热。所述感应搅拌头的轴肩底面具有凹面形状，轴肩结构可为单轴肩和双轴肩。所述的搅拌针表面具有螺纹、沟槽形状，可增加焊缝金属的流动性。所述搅拌针的横截面形状至少包括圆形、三角形、矩形、多边形、梅花形。本专利技术的优点和效果本专利技术将感应加热和搅拌摩擦焊的优点综合起来，保留了搅拌摩擦焊在焊缝成形和焊接质量方面的优点，也利用了电磁感应的集肤效应直接加热被焊工件，具有能量利用效率高和加热快的优点。本专利技术克服了搅拌摩擦焊需要焊接顶锻压力大的缺点，因此本专利技术具有焊接质量高，设备、工装夹具轻巧简单，便于焊接操作和复杂焊缝的应用。附图说明图1为嵌入式感应搅拌头结构示意图，其中：1、轴肩，2、搅拌针，3、轴肩线圈,4、搅拌针线圈。图2为可拆式感应搅拌头结构示意图，其中：1、轴肩，2、搅拌针，3、轴肩线圈,4、搅拌针线圈。图3为双轴肩感应搅拌头结构示意图,其中：5、双轴肩，6、搅拌针，7、上轴肩线圈,8、搅拌针线圈，9、下轴肩线圈。图4为搅拌针表面的沟槽螺纹结构示意图，其中：10、沟槽，11、螺纹。图5为搅拌针横截面形状示意图，其中：图5a）为圆形，图5b）为三角形，图5c）为矩形，图5d）为n边形，其中n≥3，图5e）为梅花形。图6为搅拌感应焊工作原理示意图，其中：ω：搅拌头的转速，ω≥0。V：焊接速度，V≥0。h：被焊母材厚度，θ：搅拌头轴线与母材法线的夹角，t:轴肩后沿压入母材深度。具体实施方式以下通过实施案例对本专利技术的技术方案进行说明，但下述案例并不能限制本专利技术的保护范围。本专利技术所用的感应搅拌头至少由轴肩、搅拌针和感应线圈组成。本专利技术提供了三种不同结构形式的感应搅拌头，分别为：嵌入式、可拆式和双轴肩感应搅拌头。其中图1为嵌入式感应搅拌头结构示意图，图2为可拆式感应搅拌头结构示意图，图3为双轴肩感应搅拌头结构示意图。嵌入式和可拆式感应搅拌头结构至少包括轴肩1、搅拌针2和感应线圈3、4。双轴肩搅拌头至少由轴肩5、搅拌针6、上轴肩感应线圈7、搅拌针感应线圈8和下轴肩感应线圈9组成。以嵌入式、可拆式感应搅拌头为例，阐述搅拌感应焊工作原理，双轴肩感应搅拌头与其类似。轴肩1上部分与一个动力源连接，如机床的主轴（图中未标出）相连，轴肩1下表面与搅拌针2相连。嵌入式和可拆式感应搅拌头的轴肩1和搅拌针2内部布置有感应线圈3、4，线圈应布置在距焊缝母材较近的表面，便于感应加热母材，感应线圈通过导线（图中未示出）与焊接电源相连。嵌入式感应搅拌头的感应线圈嵌入在轴肩1、搅拌针2内，焊接时随轴肩1、搅拌针2一起转动；可拆式感应搅拌头的感应线圈分布在轴肩1、搅拌针2内腔，可随轴肩1、搅拌针2一起转动，也可不随轴肩1、搅拌针2转动，根据焊接工件不同感应线圈可以拆换。与感应线圈相连的焊接电源类型可为交流电源、脉冲电源等，电流的频率至少包括高频、中频和工频。电流频率越高，感应加热的集肤效应越显著，感应线圈附近母材的加热速度越快，因此高频交流电是一种适合的焊接电源。感应搅拌头的轴肩1底面具有凹面形状。如图4所示搅拌针2表面具有螺纹10、沟槽11形状，可增加焊缝金属的流动性。如图5所示，搅拌针2的横截面形状至少包括圆形、三角形、矩形、多边形、梅花形。轴肩1、搅拌针2的材质为非金属材料，如陶瓷、玻璃、氧化铝、碳纤维等。感应线圈3、4的材质为金属材料或其他导电材料。焊接时，感应线圈3、4对轴肩1、搅拌针2不产生感应电流，仅对线圈附近的母材产生感应电流，从而直接对母材进行感应加热。一种搅拌感应焊方法工作原理如图6所示，用于焊接的感应搅拌头内部设置有感应线圈，焊接时感应线圈与焊接电源接通，搅拌头轴线与被焊工件表面的法线保持夹角，旋转或不旋转插入焊接工件一定深度后并沿着焊缝方向移动，距离感应线圈较近的母材在感应加热集肤效应作用下，局部被快速加热到一定温度，使之达到塑性或熔化状态，同时在搅拌头的机械搅拌作用下实现金属连接。依据感应搅拌头的运动过程，可将搅拌感应焊方法的工作流程可分为分为插入、焊接、收尾等3个步骤，具体步骤要求如下。步骤1、插入过程用所述感应搅拌头焊接工件，焊接时感应线圈3、4与焊接电源接通，搅拌头轴线与被焊工件表面的法线保持夹角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术提供了一种感应搅拌焊接方法，其特征在于，用于焊接的感应搅拌头内部设置有感应线圈，焊接时感应线圈与焊接电源接通，搅拌头轴线与被焊工件表面的法线保持夹角，旋转或不旋转插入焊接工件一定深度后并沿着焊缝方向移动，距离感应线圈较近的母材在感应加热集肤效应作用下，局部被快速加热到一定温度，使之达到塑性或熔化状态，同时在搅拌头的机械搅拌作用下实现金属连接。/n

【技术特征摘要】
1.本发明提供了一种感应搅拌焊接方法，其特征在于，用于焊接的感应搅拌头内部设置有感应线圈，焊接时感应线圈与焊接电源接通，搅拌头轴线与被焊工件表面的法线保持夹角，旋转或不旋转插入焊接工件一定深度后并沿着焊缝方向移动，距离感应线圈较近的母材在感应加热集肤效应作用下，局部被快速加热到一定温度，使之达到塑性或熔化状态，同时在搅拌头的机械搅拌作用下实现金属连接。


2.根据权利1所述的搅拌感应焊接方法可用于工件间接头形式至少包括对接接头、搭接接头、T形接接头、角接接头和点焊接头。


3.根据权利1所述的焊接电源类型至少包括交流电流和脉动电流，电流频率至少包括高频、中频和工频。


4.根据权利1所述的感应搅拌头结构至少包括轴肩、搅拌针和感应线圈。

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪涛，
申请(专利权)人：张洪涛，
类型：发明
国别省市：陕西;61