一种磁化程度可调外附磁耳式搅拌摩擦焊接装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种磁化程度可调外附磁耳式搅拌摩擦焊接装置，包括电机空心主轴、夹紧装置、搅拌头、外附磁耳式结构和焊接工作台，所述搅拌头上通过夹紧装置一起安装于电机主轴的空心内腔中，搅拌头中部套有强力圆环状磁环，并通过磁耳式结构将磁力线引至搅拌头轴肩处，改变轴肩端面磁场强度，基于高转速形成以搅拌针中心为轴的区块化分布的交变旋转磁场。导磁垫板下方安装有与轴肩端面磁场形成异名磁极，有助于磁力线汇聚并穿过焊核区域，加强焊核区塑性金属机械搅拌，促进塑化金属流动。促进塑化金属流动。促进塑化金属流动。

【技术实现步骤摘要】
一种磁化程度可调外附磁耳式搅拌摩擦焊接装置


[0001]本专利技术专利涉及金属焊接加工领域，特别适用于新式搅拌摩擦焊的搅拌头及其使用技术。

技术介绍

[0002]近年来，关于电磁作用下“磁控”焊接技术的研究，国内外研究学者更多的是将目光集中在将交变磁场应用于熔化焊接方面。
[0003]如：中国专利CN201820827965.1公开了电磁辅助搅拌摩擦焊接高熔点合金的装备，包括电流加载单元、磁场加载单元和搅拌摩擦焊接单元，可实现在焊接过程中对焊接区域局部加载高密度脉冲电流和强磁场，搅拌摩擦焊接单元可实现搅拌摩擦焊接加工，在加工过程中，电流加载单元和磁场加载单元跟随搅拌头同步移动。
[0004]又如：中国专利CN201810472656.1 公开了电磁辅助作用下的搅拌摩擦焊接装置，由液压驱动及控制单元，精密机械驱动及控制单元，电磁加载单元，试件夹持单元，信号检测单元，试件保护单元以及支撑单元组成。可实现电磁辅助下的搅拌摩擦焊接，以研究电场和磁场对焊接材料性能的影响；如上专利主要通过施加感应线圈，通过控制交变电流频率来控制磁场强度，这种方式需要添加辅助装置，增加了难度，对设备也提出了更高的要求，具有一定的局限。
[0005]通过阅读大量国内外文献，发现“磁控”焊接技术在搅拌摩擦焊方面的应用报道极为少见。国内王洪铎等人在专利（申请号：CN 105728934 A）中提出一种电磁辅助搅拌摩擦焊装置及其细化晶粒的方法，但是该专利存在一些问题：1、从电学原理角度分析，该专利是给焊件两端加装导线让直流电完全通过焊缝区与磁场配合，但是在实际实施过程中，电流总会沿着电阻较小的方向流动，该专利没有考虑到焊缝区与母材之间的电阻率的不同，原理上行不通；2、同时整个焊接操作平台均为导电材料，工件中间通直流电存在安全隐患；直流导线之间施加恒定磁场，会使导线产生一个方向的力，不能够对焊缝金属进行均匀搅拌。3、从磁学原理角度分析，该专利给焊缝两端施加同名磁极目的是在焊缝对接面产生密集磁感线，但是根据同名磁极相互排斥原理，越靠近工件磁感线越向两边分布，达不到磁通在焊缝中心的聚集效果。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本申请提供了一种磁化程度可调外附磁耳式搅拌摩擦焊接装置：克服了因对焊接区域局部加载高密度电流和强磁场，带来的增加焊接辅助装置问题，和焊缝区与母材之间的电阻率的不同，而带来的电流是否会均衡到达目标处，以及在工件两端施加电场产生不安全因素；焊接时在工件焊缝的下方增加异名强磁体解决电磁汇集效果差；为了实现上述目的，本申请是通过以下技术方案来实现的：本申请所述的一种磁化程度可调外附磁耳式搅拌摩擦焊接装置包括：电机主轴、
夹紧装置、搅拌头、和焊接工作台，所述电机主轴为空心结构，所述搅拌头通过夹紧装置安装于电机主轴的空心内腔中，所述搅拌头由搅拌头主体、轴肩和搅拌针组成，所述搅拌头体上端为夹紧用的夹持部，所述夹持部下方设有定位凸台，所述搅拌头主体圆柱面外侧套设有安嵌导磁挂耳和非导磁挂耳的底盖，所述底盖底面与定位凸台端面重合，所述底盖上端面套装有环形强磁体，所述导磁挂耳将环形强磁体的磁力线引至搅拌头同侧轴肩区域，与所述轴肩其他区域形成磁通量差，所述电机主轴高速旋转带动搅拌头高速转动，在所述轴肩端面形成非对称变化的磁通量，所述的搅拌头由非导磁材料制成。
[0007]本申请进一步改进在于：所述的底盖设有2个以上中心对称分布的挂耳沉头通孔用于装填导磁挂耳和非导磁挂耳，所述底盖为中心设有通孔的圆环形结构。
[0008]本申请进一步改进在于：所述的导磁挂耳由设有指向轴肩的锥形尖端部和圆柱底座构成，所述的导磁挂耳由导磁材料制成，所述的非导磁挂耳由非导磁合金制成合金体结构，所述导磁挂耳与非导磁挂耳为质量相等结构形状相同的挂耳结构。
[0009]本申请进一步改进在于：所述环形强磁体上端表面盖装有隔磁垫片，所述的隔磁垫片外径大于所述环形强磁体的外圆柱面。
[0010]本申请进一步改进在于：所述的焊接工作台面包括：焊接支持平台和工件放置导磁垫板，所述的导磁垫板在工件焊接缝方向开设有凹槽结构，所述的凹槽结构中装有强磁条，所述强磁条表面装有与导磁垫板上表面平齐的盖板，所述强力磁条与导磁挂耳形成异名磁极，导磁垫板由导磁材料制成。
[0011]本申请进一步改进在于：所述的夹紧装置由ER夹头和ER夹头锁紧螺母配合使用。
[0012]本申请进一步改进在于：所述的搅拌头和隔磁垫片由非导磁材料制成，所述的非导磁材料为：不锈钢或钛合金。
[0013]本申请进一步改进在于：所述环形强磁体更换不同磁场强度和/或调整所述电机主轴旋转速度，实现磁场强弱的变换调节。
[0014]该申请一种磁化程度可调外附磁耳式搅拌摩擦焊接装置具有如下有益效果：1、搅拌头主体套有环形强磁体，并通过外附磁耳式结构将磁力线引至搅拌头轴肩处，改变轴肩端面磁场强度，基于高转速形成以搅拌针中心为轴的区块化分布的非对称变化的磁通量，无需更多的电磁辅助装置就能实现焊接材料的磁致塑性效应和电致效应，有利于辅助搅拌摩擦焊加速焊接材料发生塑性变形，细化晶粒的作用；2、强力磁条安装在导磁垫板下方，与导磁导磁挂耳在轴肩端面配合形成异名磁极，有助于磁力线汇聚并穿过焊核区域，加强焊核区塑性金属机械搅拌，促进塑化金属流动，在磁搅拌作用下能够使焊缝组织更加均匀，降低材料塑性变形抗力；3、环形强磁体与搅拌头轴肩及搅拌针不存在直接接触，导热性能差，不存在温度过高导致磁体达到居里温度点引发磁能损失，不需要额外的冷却装置，经济性好；4、更换不同强度的环形强磁体，或调用不同的电机转速而实现不同磁场强度调节；综上所述：本装置是一种磁场能量输入响应快，整体结构简单、成本低、使用寿命长，焊接效果好的绿色制造和可持续发展模式，对实现磁化式搅拌摩擦焊的推广与应用具有重要的现实意义，这是一种全新的无源“磁控”焊接方法，安全性高。
[0015]附图说明
[0016]图1为一种磁化程度可调外附磁耳式搅拌摩擦焊接装置结构示意图。
[0017]图2为导磁挂耳示意图。
[0018]图3为底盖示意图。
[0019]图4
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6为底盖挂耳孔分布及导磁挂耳与非导磁挂耳填装方式示意图。
[0020]附图标识说明1
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电机主轴、2
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夹紧装置、21
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ER夹头、22
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ER夹头锁紧螺母、3
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搅拌头、31
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搅拌头主体、32
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轴肩、33
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搅拌针、34
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夹持部、35
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定位凸台、4
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焊接工作台、41
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支持平台、42
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导磁垫板、43
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凹槽结构、44
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盖板、5
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导磁挂耳、51
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锥形尖端部、52
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圆柱底座、5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁化程度可调外附磁耳式搅拌摩擦焊接装置，包括电机主轴（1）、夹紧装置（2）、搅拌头（3）、和焊接工作台（4），所述电机主轴（1）为空心结构，所述搅拌头（3）通过夹紧装置（2）安装于电机主轴（1）的空心内腔中，所述搅拌头（3）由搅拌头主体（31）、轴肩（32）和搅拌针组成，所述搅拌头体（31）上端为夹紧用的夹持部（34），其特征在于：所述夹持部（34）下方设有定位凸台（35），所述搅拌头主体（31）圆柱面外侧套设有安嵌导磁挂耳（5）和非导磁挂耳（55）的底盖（6），所述底盖（6）底面与定位凸台（35）端面重合，所述底盖（6）上端面套装有环形强磁体（7），所述导磁挂耳（5）将环形强磁体（7）的磁力线引至搅拌头（3）同侧轴肩（32）区域，与所述轴肩（32）其他区域形成磁通量差，所述电机主轴（1）高速旋转带动搅拌头（3）高速转动，在所述轴肩（32）端面形成非对称变化的磁通量，所述的搅拌头（3）由非导磁材料制成。2.根据权利要求1所述的磁化程度可调外附磁耳式搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述的底盖（6）设有2个以上中心对称分布的挂耳沉头通孔（61）用于装填导磁挂耳（5）和非导磁挂耳（55），所述底盖（6）为中心设有通孔（62）的圆环形结构。3.根据权利要求2所述的磁化程度可调外附磁耳式搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述的导磁挂耳（5）由设有指向轴肩的锥形尖端部（51）和圆柱底座（52）构成，所述的导磁挂耳（5...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭秋明，陈书锦，王劲，
申请(专利权)人：江苏方茂电气制造有限公司，
类型：发明
国别省市：