本发明专利技术公开了一种高频接触-搅拌摩擦复合焊接装置及焊接方法，该装置包括工作台、两个导电模块、搅拌头和高频电源，所述工作台绝缘并用于承托待焊接的两块被焊工件，该两块被焊工件之间留有待焊接的缝隙，且通有方向相反的低压高频电流；所述搅拌头底部设有搅拌针，该搅拌针插入被焊工件之间的缝隙；所述导电模块分别设在两块被焊工件上，并与高频电源连接。本发明专利技术通过高频电流的集肤效应和邻近效应，使两个工件的待焊面和搅拌针前方金属流过高频电流，产生了高频电阻热，无需集流环等为搅拌头进行通电的装置，也无需担心搅拌头内部电阻生热的影响；结构简单实用，不仅有利于高熔点金属的搅拌摩擦焊焊接，而且提高了搅拌针其使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于技术材料加工焊接
，尤其涉及搅拌摩擦焊接装置及技术。
技术介绍
搅拌摩擦焊自诞生起，就以其崭新的思路和优良的焊接效果而得到了广泛研究，尤其在铝及其合金的焊接应用方面得到了广泛的应用，在航空、航天、轨道交通等领域应用前景广阔。在进行搅拌摩擦焊焊接时，搅拌头对工件施加压力，搅拌针在相对工件高速旋转的同时沿着焊接方向行进，在摩擦产热和搅拌共同作用下，形成了搅拌摩擦焊焊缝。在对普通碳钢、不锈钢等具有更高熔点和硬度的金属进行搅拌摩擦焊焊接时，焊接速度较慢，且不如电弧焊焊接质量。此时，如果增大搅拌头的转速和压力，虽然可以增大产热，但却加剧了搅拌头的磨损，降低了搅拌头的使用寿命。针对上述问题，常规的解决办法是改变搅拌头形状、优化焊接参数，但效果均不理想。有很多研究者就高熔点、高硬度金属的搅拌摩擦焊焊接问题提出了解决方案，如专利(文件号CN101474718、CN101323054B、CN101850475A)都提出了利用电阻热的搅拌摩擦复合焊接方法:在工件上方通以电流，电流流经搅拌头后，再流过工件，通过搅拌区的电阻热和搅拌头的搅拌摩擦作用完成焊接。专利(CN101474718)也提出了一种利用电阻热的搅拌摩擦复合焊接不锈钢的装置及方法。但在上述专利所提出的焊接方法中，电流回路均为:电源一搅拌头一焊缝区域一电源，这种做法需要在搅拌头附近安装类似于集流环或滑环的装置，使高速旋转的搅拌头导电，这增加了装置的复杂性；同时上述方法在实施过程中，由于接触电阻的变化，将不可避免地导致搅拌头内部电阻产热，影响其使用寿命。为了克服上述缺点，本专利技术专利提出了与上述专利不同的复合焊接方法，即利用流经相邻导体面的高频电流产生的集肤效应和邻近效应，对搅拌头前方未成型的焊缝金属加热，从而解决高熔点难焊金 属的搅拌摩擦焊焊接问题。
技术实现思路
专利技术目的:针对上述现有存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种高频接触-搅拌摩擦焊接装置及焊接方法，无需集流环等为搅拌头进行通电的装置，也无需担心搅拌头内部电阻生热的影响，利用高频电流的集肤效应和邻近效应，对搅拌头前方局部待焊金属高频电阻加热，再通过搅拌头的搅拌摩擦作用，解决高熔点难焊金属的搅拌摩擦焊焊接问题。技术方案:为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案:一种高频接触-搅拌摩擦复合焊接装置，包括工作台、两个导电模块、搅拌头和高频电源，所述工作台绝缘并用于承托待焊接的两块被焊工件，该两块被焊工件之间留有待焊接的缝隙，且通有方向相反的低压高频电流；所述搅拌头底部设有搅拌针，该搅拌针插入被焊工件之间的缝隙；所述导电模块分别设在两块被焊工件上，并与高频电源连接。进一步改进，所述导电模块为分别与两块被焊工件接触导电的两个导电滚轮，且该导电滚轮在被焊工件上的滚动与搅拌头同步。作为优选，所述高频电源的频率范围为30 500kHz。进一步的，所述导电滚轮的直径为40 100mm，且该导电滚轮与搅拌针之间的距离为导电滚轮半径的I 3倍。本专利技术还提供了一种上述复合焊接装置进行搅拌摩擦焊接的方法，包括以下步骤:a、将两块待焊工件的放在工作台上，并保证待焊面相对并留有焊接缝隙，被焊工件与工作台之间绝缘山、焊接时，搅拌头高速旋转并使搅拌针插入被焊工件之间的缝隙，两个工件焊接面之间在搅拌针的摩擦作用下填充金属，从而使两个工件之间形成导电通路；C、当搅拌头的轴肩接触工件时，搅拌头停止下压并接通高频电源，使高频电流流经各个待焊工件的焊接面和缝隙处的填充金属产生高频电阻热，此时搅拌头进行搅拌摩擦焊接；与此同时，所述导电滚轮与焊接速度相同，保证导电滚轮与搅拌头同步。进一步的，当导电滚轮行进至工件边缘时，切断高频电源，在搅拌头的单独作用下完成搅拌摩擦焊接。有益效果:与现 有技术相比，本专利技术具有以下优点:通过高频电流的集肤效应和邻近效应，使两个工件的待焊面和搅拌针前方金属流过高频电流，产生了高频电阻热，不仅降低了对搅拌头摩擦产热量的要求，而且降低了搅拌头行进的阻力，从而保证了高熔点金属如碳钢、不锈钢的搅拌摩擦焊焊接；与相关专利相比，整个焊接装置结构简洁、操作简单，仅需要一对导电滚轮，无需集流环等为搅拌头进行通电的装置，也无需担心搅拌头内部电阻生热的影响；结构简单实用，不仅有利于高熔点金属的搅拌摩擦焊焊接，而且有利于保护搅拌头，使其不易磨损、搅拌针不易折断，提高了其使用寿命。附图说明图1为本专利技术所述高频接触-搅拌摩擦复合焊接装置的结构示意 图2为本专利技术所述焊接方法的焊接流程示意图。其中，工作台1、导电滚轮2、搅拌头3、搅拌针4、焊接缝隙5、高频电源6、被焊工件7。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本专利技术的原理:将两个工件待焊面接近安置但不接触，同时向两个工件通以方向相反的低压高频电流。在集肤效应和邻近效应作用下，高频电流仅沿着工件的待焊表面流动，同时流过搅拌针4的前方金属，使待焊工件局部产生了高频电阻热。这个电阻热使搅拌针4前方金属软化，不仅降低了对搅拌头3摩擦产热量的要求，而且降低了搅拌头3行进的阻力；在电阻热和摩擦热以及搅拌头3的共同作用下，形成高频接触-搅拌摩擦复合焊缝。如图1所示，高频接触-搅拌摩擦复合焊接装置包括工作台1、两个导电滚轮2、搅拌头3和高频电源6 ;其中工作台I用于承待焊接的被焊工件7，且工作台I与被焊工件7之间绝缘。将两块被焊工件7的待焊面靠近并放置在工作台I上，两者之间留有焊接缝隙5。所述搅拌头3包括上部的轴肩和搅拌针4，将搅拌针4高速旋转插入焊接缝隙5中。所述两个导电滚轮2分别设在两块待焊工件上，并与被焊工件7接触导电，该导电滚轮2与高频电源6连接。在焊接前，被焊工件7必须压紧在工作台I上。焊接时，搅拌针4高速旋转插入被焊工件7，此时开启高频电源6使两个被焊工件7流通方向相反的高频电流。在整个焊接过程中，不断有金属被搅拌针4卷入前方两工件的焊接缝隙5处，在集肤效应和邻近效应作用下，高频电流仅沿着工件的待焊表面流动，并流经搅拌针4前方的填充金属，使待焊工件局部产生高频电阻热。于此同时，导电滚轮2位于搅拌头3的前方，焊接时两个导电滚轮2相对工件滚动，滚动速度与焊接速度相等。在本专利技术中，滚轮的作用不仅仅是导电，更重要的是滚轮始终在搅拌头3前方一段距离，这样就保证了只对介于滚轮与搅拌头3之间工件待焊面进行高频电阻预热，避免了预热区域过大、能量无谓损耗的缺点。当滚轮已行进至工件边缘时，停止高频电源6工作。本专利技术中导电滚轮2采用铜或铜合金制成，直径不宜过大，一般选择在40 100mm。而高频电源6的频率范围为30-500kHz，频率越高集肤效应和邻近效应越明显。为了厚度方向加热均匀，焊接较厚工件时频率稍低；由于有色金属的导热率较高，因此焊接有色金属时，工作频率要高。高频电源6所能提供的电压为·15-50V，电流为500-3000A。由于高频电源6对待焊金属起辅助预热作用，其加热目的不是熔化待焊面，而是促使待焊区金属软化，因此必须对其能量加以控制，在焊接时，可采用断续工作的方法，使高频电阻热和摩擦热形成较佳的组合。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高频接触?搅拌摩擦复合焊接装置，其特征在于：包括工作台、两个导电模块、搅拌头和高频电源，所述工作台绝缘并用于承托待焊接的两块被焊工件，该两块被焊工件之间留有待焊接的缝隙，且通有方向相反的低压高频电流；所述搅拌头底部设有搅拌针，该搅拌针插入被焊工件之间的缝隙；所述导电模块分别设在两块被焊工件上，并与高频电源连接。
【技术特征摘要】
1.一种高频接触-搅拌摩擦复合焊接装置，其特征在于:包括工作台、两个导电模块、搅拌头和高频电源，所述工作台绝缘并用于承托待焊接的两块被焊工件，该两块被焊工件之间留有待焊接的缝隙，且通有方向相反的低压高频电流；所述搅拌头底部设有搅拌针，该搅拌针插入被焊工件之间的缝隙；所述导电模块分别设在两块被焊工件上，并与高频电源连接。2.根据权利要求1所述高频接触-搅拌摩擦复合焊接装置，其特征在于:所述导电模块为分别与两块被焊工件接触导电的两个导电滚轮，且该导电滚轮在被焊工件上的滚动与搅拌头同步。3.根据权利要求2所述高频接触-搅拌摩擦复合焊接装置，其特征在于:所述高频电源的频率范围为30 500kHz。4.根据权利要求3所述高频接触-搅拌摩擦复合焊接装置，其特征在于:所述导电滚轮的直径为40 100mm，且该导电滚轮与搅拌针之间的距离为导...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈书锦，芦笙，卢阿丽，杨代立，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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