摩擦搅拌焊辅助装置及促进塑性流动态金属流动性的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及到一种摩擦搅拌焊辅助装置及促进塑性流动态金属流动性的方法，在摩擦搅拌焊焊接速度和搅拌头转速一定的情况下，通过加装摩擦搅拌焊辅助装置，可以提高焊核区尺寸，提高母材底部的金属流动性，以填充搅拌头后方的空腔，弥补弥散分布的空洞缺陷，使焊缝组织晶粒细化，从而大大提高焊接接头性能，提高整体焊接结构的可靠性。体焊接结构的可靠性。体焊接结构的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
摩擦搅拌焊辅助装置及促进塑性流动态金属流动性的方法


[0001]本专利技术属于金属材料加工与成型领域，具体涉及一种摩擦搅拌焊辅助装置及促进塑性流动态金属流动性的方法。

技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊是一种全新的固相连接技术，在低熔点轻质合金连接领域与传统熔化焊方法相比具有诸多优点。搅拌摩擦焊以摩擦热及塑性变形热作为焊接热源，焊接温度一般低于母材的熔点，母材仅达到塑性流动状态而未熔化，因此焊接能量相对于传统融化焊要低，具有节能效应，而且不会存在裂纹、气孔等问题，焊接质量可靠性更高，搅拌摩擦焊还不需要焊丝、气体保护，因此可大大降低焊接成本。
[0003]正因如此，我们也引入了搅拌摩擦焊来实施集装箱纵梁的对接焊，以期获得节能、降本、提质的效果。
[0004]但在具体实施搅拌摩擦焊对接集装箱纵梁时发现，由于集装箱纵梁板厚较大，一旦摩擦焊热输入不足或者焊接速度过快，就会造成前一层转移金属与后一层金属之间或者焊缝金属与前进边缘在宏观上形成紧密接触，但微观上未形成可靠的连接，导致接头的性能和整体焊接结构的可靠性降低。经研究发现，在搅拌摩擦焊过程中，由于母材仅达到塑性流动状态，该状态下仅仅依靠原子内部的能量起伏来实现跃迁换位是困难的，因此在微观上难以形成可靠的连接。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种摩擦搅拌焊辅助装置，用于克服集装箱纵梁搅拌摩擦焊接接头性能不稳定、整体焊接结构可靠性低的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：摩擦搅拌焊辅助装置，包括两套分别固定连接在摩擦搅拌焊接装置上的电磁感应线圈脉冲发射模块，两套电磁感应线圈脉冲发射模块分设在母材对接缝两侧，且相对于搅拌头中心对称设置，任一电磁感应线圈脉冲发射模块顺着搅拌头的旋转方向设置，且相对于母材表面倾斜一定角度，电磁感应线圈脉冲发射模块前端与搅拌头外围焊接区的母材倾斜相对。
[0007]作为一种优选方案，所述电磁感应线圈脉冲发射模块包括一个管状外壳，外壳内部固定连接有一根沿外壳轴向设置的铁芯，外壳内还设置有至少一个套接在铁芯上的电磁感应线圈，每个电磁感应线圈与一个电容、一个可控硅串联连接，可控硅的阳极与电容连接、阴极与电磁感应线圈的一端连接、控制极与一个控制器电性连接，电容两端并联有电源，电源正极通过开关连接在电容与可控硅之间，开关与控制器电性连接，受控于控制器，所述铁芯的前端伸出外壳外部，用于接近或接触母材，各电磁感应线圈产生的磁场方向一致。
[0008]作为一种优选方案，所述电磁感应线圈有多个，多个电磁感应线圈上的可控硅控制极分别连接到控制器的不同输出引脚上。
[0009]作为一种优选方案，所述外壳内壁上敷设有冷却水管。
[0010]本专利技术进一步要解决的技术问题是：提供一种促进塑性流动态金属流动性的方法，用于克服集装箱纵梁搅拌摩擦焊接接头性能不稳定、整体焊接结构可靠性低的技术问题。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：促进塑性流动态金属流动性的方法，采用上述摩擦搅拌焊辅助装置，在搅拌头对母材进行摩擦搅拌焊接的同时，控制器控制至少一套电磁感应线圈脉冲发射模块将磁场脉冲施加在搅拌头外围焊接区的母材上，使焊接区内塑性流动状态的母材晶粒产生热振动。
[0012]作为一种优选方案，当母材厚度大于2mm时，控制器控制两套电磁感应线圈脉冲发射模块同时或交替产生电磁脉冲作用于焊接区内的母材2，电磁脉冲激发频率大于搅拌头转动频率。
[0013]作为一种优选方案，所述脉冲磁场的方向与母材所在平面成30~45
°
。
[0014]本专利技术的有益效果是：在摩擦搅拌焊焊接速度和搅拌头转速一定的情况下，通过加装摩擦搅拌焊辅助装置，可以提高焊核区尺寸，提高母材底部的金属流动性，以填充搅拌头后方的空腔，弥补弥散分布的空洞缺陷，使焊缝组织晶粒细化，从而大大提高焊接接头性能，提高整体焊接结构的可靠性。
[0015]本专利技术同时通过促进塑性流动态金属流动性的方法，利用摩擦搅拌焊辅助装置，调整脉冲磁场的方向、峰值强度、频率和脉冲数量，在强大的脉冲磁场作用下，可以在母材表面产生涡电流，对母材进行持续加热以及在母材内部产生电磁力。不仅可以使焊缝内部的原子积累足够高的能量，跨越能垒，驱使焊缝内部晶粒大小趋于均匀化，晶格内部位错密度增加，还可以通过对脉冲频率的控制，形成搅拌头机械搅拌和多级磁场耦合的作用，进一步提高塑性金属流动性，提高焊接接头性能。该工艺简单，成本低廉，焊接效率高，可有效延长搅拌头使用寿命，能使焊缝组织晶粒细化，综合性能显著提高。
附图说明
[0016]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明，其中：图1是本专利技术所述摩擦搅拌焊辅助装置的结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是电磁感应线圈脉冲发射模块的结构示意图；图4是线圈的控制电路图；图1~图4中：1、电磁感应线圈脉冲发射模块，101、外壳，102、铁芯，103、电磁感应线圈，104、电容，105、可控硅，106、控制器，107、电源，108、开关，109、冷却水管，2、母材，3、对接缝，4、搅拌头。
具体实施方式
[0017]下面结合附图，详细描述本专利技术的具体实施方案。
[0018]实施例1：如图1~图4所示，摩擦搅拌焊辅助装置包括两套分别固定连接在摩擦搅拌焊接装置5上的电磁感应线圈脉冲发射模块1，两套电磁感应线圈脉冲发射模块1分设在母材2对接
缝3两侧，且相对于搅拌头4中心对称设置，任一电磁感应线圈脉冲发射模块1顺着搅拌头4的旋转方向设置，且相对于母材2表面倾斜一定角度，电磁感应线圈脉冲发射模块1前端与搅拌头4外围焊接区的母材2倾斜相对。
[0019]本实施例中，任一电磁感应线圈脉冲发射模块1前端通过一根连杆6与摩擦搅拌焊接装置5外壳固定连接，后端通过一根气缸7与摩擦搅拌焊接装置5外壳固定连接，连杆6与摩擦搅拌焊接装置5外壳固定连接，与电磁感应线圈脉冲发射模块1转动连接，气缸7与摩擦搅拌焊接装置5外壳转动连接，与电磁感应线圈脉冲发射模块1也转动连接。
[0020]所述电磁感应线圈脉冲发射模块1包括一个管状外壳101，外壳101内部固定连接有一根沿外壳101轴向设置的铁芯102，外壳101内还设置有至少一个套接在铁芯102上的电磁感应线圈103，每个电磁感应线圈103与一个电容104、一个可控硅105串联连接，可控硅105的阳极与电容104连接、阴极与电磁感应线圈103的一端连接、控制极与一个控制器106电性连接，电容104两端并联有电源107，电源107正极通过开关108连接在电容104与可控硅105之间，开关108与控制器106电性连接，受控于控制器106，开关108可以是MOS管、三极管，也可以是继电器。所述铁芯102的前端伸出外壳101外部，用于接近或接触母材2，各电磁感应线圈103产生的磁场方向一致。
[0021]在本实施例中，电磁感应线圈103有四个，各感应线圈103之间通过绝缘隔套110隔离，多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.摩擦搅拌焊辅助装置，其特征在于，包括两套分别固定连接在摩擦搅拌焊接装置（5）上的电磁感应线圈脉冲发射模块（1），两套电磁感应线圈脉冲发射模块（1）分设在母材（2）对接缝（3）两侧，且相对于搅拌头（4）中心对称设置，任一电磁感应线圈脉冲发射模块（1）顺着搅拌头（4）的旋转方向设置，且相对于母材（2）表面倾斜一定角度，电磁感应线圈脉冲发射模块（1）前端与搅拌头（4）外围焊接区的母材（2）倾斜相对。2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌焊辅助装置，其特征在于，所述电磁感应线圈脉冲发射模块（1）包括一个管状外壳（101），外壳（101）内部固定连接有一根沿外壳（101）轴向设置的铁芯（102），外壳（101）内还设置有至少一个套接在铁芯（102）上的电磁感应线圈（103），每个电磁感应线圈（103）与一个电容（104）、一个可控硅（105）串联连接，可控硅（105）的阳极与电容（104）连接、阴极与电磁感应线圈（103）的一端连接、控制极与一个控制器（106）电性连接，电容（104）两端并联有电源（107），电源（107）正极通过开关（108）连接在电容（104）与可控硅（105）之间，开关（108）与控制器（106）电性连接，受控于控制器（106），所述铁芯（102）的前端伸出外壳（...

【专利技术属性】
技术研发人员：承峰，
申请(专利权)人：张家港市海星集装箱制造有限公司，
类型：发明
国别省市：