一种异质金属惯性摩擦焊预加热设备及使用方法

本发明涉及惯性摩擦焊领域，是一种用于异种金属焊件感应预加热装置及其使用方法。

背景技术：

1、异种金属惯性摩擦焊接是一种现代化的金属焊接方法，可以在高效的焊接速度下实现两种不同种类的金属焊接。在这种方法中，使用液压系统将两个金属之间的压力施加在工件上，产生高速的膜切胀，这使工件从一侧摩擦到另一侧，使接触面的金属得到加热，熔融和混合。该过程不涉熔化，不需要使用其他材料以完成焊接。

2、相对于传统的点焊、氩弧焊、电阻焊等焊接方法，摩擦焊有以下优势。

3、 1.可以在不加热或加热程度较低的情况下完成焊接，避免了由于高温造成的变形、裂纹和变质等问题。2.摩擦焊过程中会产生搅拌效应，使得焊缝处金属晶粒细小化，提高焊缝强度和密封性。3.摩擦焊容易自动化，可以实现机器人和生产线的自动生产。4.摩擦焊没有或者很少产生焊渣和排放有害气体，符合环保要求。5.摩擦焊可以用于薄板、异种金属之间的焊接，以及难焊材料的连接。总之，相对于传统的焊接方法，摩擦焊在生产效率、焊接强度、环保等方面都有明显的优势，因此在航空、汽车制造、铁路等行业中得到广泛应用。

4、虽然摩擦焊具有许多优点，但也存在一些技术上的难点。

5、1.焊接参数控制难度较大。不同金属、不同厚度以及焊接方式都需要不同的转速、力度和时间等参数，选择合适的参数对于获得高质量的焊缝非常重要。2.焊接后表面质量不稳定。由于摩擦热量小，容易造成表面不光滑或者出现不规则凸起。这可能会影响美观度，受到航空、汽车等高端行业的限制。3.零件形状、大小比较受限。摩擦焊的零件尺寸最好在10mm以下，否则由于体积太大，传导性会变差，无法保证焊缝完美连接。4.对金属纯度有要求。粗糙的表面或杂质也会影响结合的强度和耐久性，因此要求金属工件必须经过严格处理，使表面光滑并去除所有污染物。5.噪音和振动。在摩擦焊过程中，设备可能会产生噪音和机械振动，这会影响操作人员的健康和舒适度。

技术实现思路

1、为克服以上难点，引入了预加热工序，将焊接端表预加热到接近熔点状态。

2、1.可直接弥补之前摩擦焊接工艺的摩擦热量小、热量分布不均的缺点。2.端面物理状态改变了，摩擦焊所需的顶断力也会降低，噪音与振动情况会有所改善。3.端面的杂质更容易析出，间接的提高了端面的光洁度，焊缝质量更好。4.更方便焊接大直径的焊件。

3、为了能达到快速、高效的预加热效果，本发明提供了一种感用于异种金属焊件感应预加热装置及其使用方法，可通过调节加热功率和加热时间的方式，来加热轴类、盘类、管类等焊件。

4、本发明一种异质金属惯性摩擦焊预加热设备的技术原理是。

5、采用双高频电源在感应器中通入高频电流，使两个异种金属焊件端面快速升温，并同时处于热塑性或表面微熔状态，随后感应器自动退出加工区域，移动端焊件对旋转端焊件进行挤压和相互摩擦，焊件端面预加热区域的金属发生塑性变形，并将原来端面处的杂质与氧化层沿径向挤出形成飞边，剩下的洁净金属在顶锻力的作用下紧密接触并经界面扩散和再结晶形成有效连接。

6、本发明一种异质金属惯性摩擦焊预加热设备的设计特征如下。

7、本发明提供了一种异质金属惯性摩擦焊预加热设备及其使用方法，由加热塔和主机两部分构成。其中加热塔包括，感应器、感应器收缩装置、红外测温摄像头和电磁固定座。主机包括，感应电源、显示面板、控制器。

8、当电磁固定座开关打开时，底座可以产生磁力，牢牢吸住惯性摩擦焊机的移动端底部的金属导轨上，当电磁固定座开关关闭时，磁力消失，此设计方便加热塔的安装。

9、感应器由两个加热线圈和中间的导磁圈构成，导磁圈的作用是，使通过不同频率交流电的加热线圈产生的磁场，只对对应金属焊件端面进行加热，此设计可以满足异质金属同时到达进行摩擦焊温度的要求。

10、设置加热频率和端面预期温度的方法是通过主机控制器输入金属焊件的物理性质（如熔点、电阻率）、加热深度和端面形状，就可以主机自动生成加热频率和端面预期温度。

11、红外测温装置安装在加热塔上，对准金属焊件端面，可以把检测到的金属焊件端面温度显示在主机的显示面板上。当达到端面预期温度时，感应器收缩装置的扳机打开，感应器下落，收缩装置底部有弹簧可以对下落的冲击进行缓冲。

12、本发明还公开了一种用于异质金属惯性摩擦焊预加热设备的操作方法。

13、首先，在进行惯性摩擦焊之前，先打开电磁固定座把加热塔固定在惯性摩擦焊机的移动端的底座上，控制惯性摩擦焊机的移动端运动，使感应器与两个金属焊件端面保持适合的加热距离。

14、然后，惯性摩擦焊机的旋转端开始进行旋转储能，与此同时，打开预加热装置主机，设置加热时间和端面预期温度，主机内的两个高频电源分别在对应的感应器内通过高频交流电，使两个金属焊件端面产生感应电流，利用电涡流的热效应对金属焊件端面进行加热。

15、再然后，在预加热的过程中，加热塔上的红外感应探头会对金属焊件端面温度进行监控，当检测端面达到预期温度时，主机会控制感应器收缩装置运动，使感应器收缩到加工区域外，预加热结束，两金属焊件开始进行摩擦焊接。

16、最后，在惯性摩擦焊结束之后，如果需要继续焊接，只需要在焊件固定好后，拉出加热塔中的感应器，接着重复之前的步骤即可。如果不需要继续焊接，只需关闭电磁固定座就可以取走预加热装置。

技术特征：

1.本发明提供了一种异质金属惯性摩擦焊预加热设备及其使用方法，由加热塔和主机两部分构成。其中加热塔包括，感应器、感应器收缩装置、红外测温装置和电磁固定座；主机包括，感应电源、显示面板、控制器。本发明操作步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种异质金属惯性摩擦焊预加热设备及其使用方法，其特征在于所述步骤a，当电磁固定座开关打开时，底座可以产生磁力，牢牢吸住惯性摩擦焊机的移动端底部的金属导轨上，当电磁固定座开关关闭时，磁力消失，此设计方便加热塔的安装。

3.根据权利要求1所述的一种异质金属惯性摩擦焊预加热设备及其使用方法，其特征在于所述步骤b，感应器由两个加热线圈和中间的导磁圈构成，导磁圈的作用是，使通过不同频率交流电的加热线圈产生的磁场，只对对应金属焊件端面进行加热，此设计可以满足异质金属同时到达进行摩擦焊温度的要求。

4.根据权利要求1所述的一种异质金属惯性摩擦焊预加热设备及其使用方法，其特征在于所述步骤b，设置加热频率和端面预期温度的方法是通过主机控制器输入金属焊件的物理性质（如熔点、电阻率）、加热深度和端面形状，就可以主机自动生成加热频率和端面预期温度。

5.根据权利要求1所述的一种异质金属惯性摩擦焊预加热设备及其使用方法，其特征在于所述步骤c，红外测温装置安装在加热塔上，对准金属焊件端面，可以把检测到的金属焊件端面温度显示在主机的显示面板上。

6.根据权利要求1所述的一种异质金属惯性摩擦焊预加热设备及其使用方法，其特征在于所述步骤c，当达到端面预期温度时，感应器收缩装置的扳机打开，感应器下落，收缩装置底部有弹簧可以对下落的冲击进行缓冲。

技术总结
本发明提供了一种异质金属惯性摩擦焊预加热设备及使用方法，由加热塔和主机两部分构成。其中加热塔包括，感应器、感应器收缩装置、红外感性探头和电磁固定座；主机包括，感应电源、显示面板、控制器。本发明操作步骤如下：步骤A、固定加热塔；步骤B、设置加热频率和端面预期温度，对焊件端面进行加热；步骤C、进行温度监控，当达到端面预期温度时，启动感应器收缩装置，两焊件开始进行摩擦焊接。本发明的特点在于：首先，可以对两个不同金属材质的焊件惯性摩擦焊之前感应预加热并且进行温度控制，相比较比较两焊件直接旋转摩擦的加热，有加热速度更快、能控制加热温度、端面温度分布更均匀，等优点。并且感应加热为非接触加热，可以在加热的同时进行惯性盘储能，不影响正常的惯性摩擦焊工作过程。其次本发明通过电磁底座吸附在机座上，拆装方便，不会影响焊件的装夹。

技术研发人员：于晓东,兰志远,贾文涛,耿振坤,代瑞春,高大伟,张春波,梁武,蔺彦龙,杨欣逸,李璐,邵明娟,李恩召
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14