【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种搅拌摩擦焊接的装置，具体涉及一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置及方法，本专利技术属于焊接。
技术介绍
1、镁合金具有高比强度、低密度、抗辐射、电磁屏蔽性能和热成型性好等特点，镁合金在电子器件、汽车交通、航空航天等领域具有广泛的应用前景。对于铝-镁异质金属连接，目前存在的焊接难点主要集中在一下几个方面：
2、首先铝合金和镁合金具有较高的热导率和热膨胀系数，并且两种金属的热膨胀系数的不同，会在熔焊过程中产生焊接残余应力。
3、其次，两种材料的熔点、热导率和热膨胀系数的差异会影响焊接热循环和焊缝金属的结晶过程，导致热裂纹、气孔、合金元素烧损和焊缝区软化等问题。
4、再次，铝-镁母材表面极易形成致密的氧化薄膜，阻碍焊接时铝-镁异质材料的原子扩散程度和冶金结合效果，不利于接头性能的提高和使用。
5、最后，铝-镁异质材料的共晶反应温度较低，在437℃易生成铝-镁金属间化合物。
6、综上所述，目前铝-镁连接主要集中于熔焊、钎焊和搅拌摩擦，采用熔焊的方法进行焊接时，以上难点会表现的更加突出，易产生焊接裂纹和较厚的金属间化合物严重影响接头的强度；铝-镁钎焊接头强度较低且需要在真空环境下进行，约束了其应用领域。搅拌摩擦焊是一种固相焊接技术，焊接过程中不会发生熔化，不会产生气孔和热裂纹等缺陷，且其焊接温度低可以减少金属间化合物的厚度，焊具的机械搅拌可以破碎氧化膜，减少氧化膜对接头的影响，相比熔焊和钎焊，较为适合铝-镁异质金属的连接，但常规搅拌摩擦焊仍存在固有的铝-
7、因此，亟需提出一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置及方法，突破传统搅拌摩擦焊接模式，开发新型焊接技术，以提高铝-镁异质接头的强度，以解决上述技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决传统搅拌摩擦焊铝-镁异质接头的高残余应力和金属间化合物厚度大导致的接头强度低问题，提出了一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置及方法，在焊接过程中对接头进行轧制，同步对轧制后的接头进行激冷处理，实现铝-镁低残余应力和薄金属间化合物厚度的连接，全面提高铝-镁接头的强度，在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。
2、本专利技术的技术方案：
3、方案一、一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置，包括控制系统、冷却系统和焊接装置，所述焊接装置包括分体式焊具和工作台，焊接工件通过工装安装于工作台上，分体式焊具设置于焊接工件上方，控制系统控制冷却系统向焊接工件喷洒冷却水并回收；
4、所述分体式焊具包括轧制盘、轧制球、限位螺母，轧制调控部、搅拌针、止动部和紧固部，轧制调控部从上至下依次螺纹配合安装有限位螺母、轧制盘、止动部和紧固部，其中止动部和紧固部与限位螺母共同夹紧轧制盘，轧制调控部底部具有轴肩，轴肩底部中心处设置有搅拌针，所述轧制盘上设置有多个轧制球，多个轧制球围绕搅拌针圆周阵列布置。
5、优选的：所述轧制球的数量为1-9个，且圆周均匀阵列布置于轧制球四周。
6、优选的：所述轧制球通过安装部固定安装于轧制盘上。
7、优选的：所述冷却系统包括循环水池、压缩空气机、水流控制器、喷水管和回收管，回收管和喷水管上均安装有控制阀，喷水管通过压缩空气机和水流控制器将循环水池内的冷却水向焊接工件上喷洒，回收管通过压缩空气机将喷洒焊接工件的冷却水回收循环水池。
8、优选的：所述控制系统控制压缩空气机的开关，以及控制水流控制器的水流大小的调整和释放。
9、方案二、一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接方法，是依托于方案一所述的一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置实现的，包括以下步骤：
10、s1，将焊接工件清洗后，通过工装安装于工作台上；
11、s2，然后对分体式焊具进行组装，确定好轧制球对焊接工件的焊缝加工深度；
12、s3，通过分体式焊具对焊接工件进行搅拌摩擦焊接，轧制球保持和搅拌针相同的旋转速度和焊接速度作用于焊接工件的焊缝表面，对焊缝进行轧制改性处理，与此同时通过控制系统控制冷却系统启动；
13、s4，控制系统打开空气压缩机，同时控制水流控制器的调控水流大小，此时循环水池内的冷却水通过喷水管喷洒在焊接工件的焊缝表面，对焊缝进行降温，剩余在焊接工件表面的冷却水被回收管再重新吸入到循环水池内回收。
14、本专利技术具有以下有益效果：
15、1.本专利技术的一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接方法，用一道工序即可实现对焊接工件的残余应力和金属间化合物厚度的调控，极大提高了接头的强度，使其能够在实际生产被广泛应用；
16、2.本专利技术设计的焊接装置的随焊轧制和冷却系统的随焊激冷，可以有效细化接头表面晶粒尺寸并破碎接头表层连续分布的金属间化合物，提高接头表层承载能力；
17、3.本专利技术的焊接装置的随焊轧制和冷却系统的随焊激冷设计，通过对未完全冷却的接头进行轧制产生的纵向塑形延展补偿热膨胀过程中产生的压缩塑性应变，以及将随焊激冷产生的温度畸变场对凝固的接头进行拉伸产生纵向塑性变形抵消，抑制焊接过程中固有的压缩塑性变形和金属间化合物的生成，能够大幅降低铝-镁异质接头的残余应力，将表面残余拉应力转变为压应力，提升铝镁异质接头耐蚀性并降低接头内部微裂纹，全面提高铝-镁接头的强度。
18、4.本专利技术的一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置的轧制盘可拆卸，可做到一焊具多用，节约资源，焊接工件的厚度范围广，可以更好的在实际生产中推广；
19、5.本专利技术适用范围广，不仅适用于铝镁异质金属的残余应力和金属间化合物的调控，还可适用于铝/铜、铝/钢、铝/钛等异质金属。
20、6.本专利技术也同样适用于薄板金属焊接变形的调控，降低接头的残余应力，减小焊接变形。
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1.一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：包括控制系统(1)、冷却系统(2)和焊接装置(3)，所述焊接装置(3)包括分体式焊具和工作台，焊接工件(306)通过工装安装于工作台上，分体式焊具设置于焊接工件(306)上方，控制系统(1)控制冷却系统(2)向焊接工件(306)喷洒冷却水并回收；
2.根据权利要求1所述的一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述轧制球(302)的数量为1-9个，且圆周均匀阵列布置于轧制球(302)四周。
3.根据权利要求1所述的一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述轧制球(302)通过安装部(30101)固定安装于轧制盘(301)上。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述冷却系统(2)包括循环水池(201)、压缩空气机(202)、水流控制器(203)、喷水管(205)和回收管(206)，回收管(206)和喷水管(205)上均安装有控制阀(204)，喷水管(205)通过压缩空气机(202)和水流控
5.根据权利要求4所述的一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述控制系统(1)控制压缩空气机(202)的开关，以及控制水流控制器(203)的水流大小的调整和释放。
6.一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接方法，是依托于权利要求5所述的一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置实现的，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：包括控制系统(1)、冷却系统(2)和焊接装置(3)，所述焊接装置(3)包括分体式焊具和工作台，焊接工件(306)通过工装安装于工作台上，分体式焊具设置于焊接工件(306)上方，控制系统(1)控制冷却系统(2)向焊接工件(306)喷洒冷却水并回收；
2.根据权利要求1所述的一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述轧制球(302)的数量为1-9个，且圆周均匀阵列布置于轧制球(302)四周。
3.根据权利要求1所述的一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述轧制球(302)通过安装部(30101)固定安装于轧制盘(301)上。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种低应力高强度铝-镁接头的搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥晨，王伟，高嘉泽，谢聿铭，杭春进，黄永宪，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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