导电-搅拌摩擦复合热源焊接方法及设备转让专利
申请号 : CN200710092974.7
文献号 : CN101323054B
文献日 : 2010-09-01
发明人 : 罗键 , 王颖
申请人 : 罗键
摘要 :
本发明公开了一种导电-搅拌摩擦复合热源焊接方法和设备，其在搅拌摩擦焊的同时，使搅拌头和工件与焊机主体、固定工件的夹具和工作台绝缘，在工件焊缝方向上通以电流，该电流与其流经的焊缝和摩擦搅拌焊接区的接触电阻产生电阻热，该电阻热与搅拌摩擦热形成搅拌摩擦焊的复合热源。本发明具有如下的显著效果：1、突破了搅拌摩擦焊在焊件材料上的局限性，使其可以用于黑色金属、高温合金等结构材料的焊接。2、可以提高搅拌头的使用寿命。3、可以进一步提高焊接速度和焊接质量，改善焊接接头的力学性能。本发明可用于碳钢、不锈钢、高温合金等结构材料的搅拌摩擦焊接、焊前预热和焊后热处理。
权利要求 :
1.导电-搅拌摩擦复合热源焊接方法，其特征在于：在搅拌摩擦焊的同时，在工件焊缝方向上通以电流，该电流与其流经的焊缝和摩擦搅拌焊接区的接触电阻产生电阻热，该电阻热与搅拌摩擦热形成搅拌摩擦焊的复合热源，从而实现导电搅拌摩擦复合热源焊接过程；所述电流通过如下方法设置：使搅拌头(1)和工件(2)与焊机主体(10)、固定工件的夹具(5)和工作台(8)绝缘，在搅拌头(1)和焊缝方向设置导电块(3)并在搅拌头(1)和导电块(3)之间通以电流，形成导电回路；所述导电块(3)位于焊接正前方工件底部焊缝上，导电产生的电阻热对搅拌摩擦焊缝同时进行辅助加热和焊前预热。
2.导电-搅拌摩擦复合热源焊接方法，其特征在于：在搅拌摩擦焊的同时，在工件焊缝方向上通以电流，该电流与其流经的焊缝和摩擦搅拌焊接区的接触电阻产生电阻热，该电阻热与搅拌摩擦热形成搅拌摩擦焊的复合热源，从而实现导电搅拌摩擦复合热源焊接过程；所述电流通过如下方法设置：使搅拌头(1)和工件(2)与焊机主体(10)、固定工件的夹具(5)和工作台(8)绝缘，在搅拌头(1)和焊缝方向设置导电块(3)并在搅拌头(1)和导电块(3)之间通以电流，形成导电回路；所述导电块(3)位于焊接反方向工件底部焊缝上，导电产生的电阻热对搅拌摩擦焊缝同时进行辅助加热和焊后热处理。
3.导电-搅拌摩擦复合热源焊接方法，其特征在于：在搅拌摩擦焊的同时，在工件焊缝方向上通以电流，该电流与其流经的焊缝和摩擦搅拌焊接区的接触电阻产生电阻热，该电阻热与搅拌摩擦热形成搅拌摩擦焊的复合热源，从而实现导电搅拌摩擦复合热源焊接过程；所述电流通过如下方法设置：使搅拌头(1)和工件(2)与焊机主体(10)、固定工件的夹具(5)和工作台(8)绝缘；导电块(3)为两块，分别位于搅拌头(1)两侧前后焊缝上，其中一块导电块(3)位于工件底部，另一块导电块(3)位于工件正面，电源的两个电极直接作用于两导电块(3)上，导电产生的电阻热既对搅拌摩擦焊缝进行辅助加热，又进行焊前预热和焊后热处理。
4.根据权利要求3所述的导电-搅拌摩擦复合热源焊接方法，其特征在于：所述导电块(3)位于工件端头焊缝上与工件(2)保持相对静止状态。
5.根据权利要求3所述的导电-搅拌摩擦复合热源焊接方法，其特征在于：所述导电块(3)位于摩擦搅拌区搅拌头(1)附近焊缝上与搅拌头(1)保持相对静止、与工件(2)保持相对运动。
6.一种导电-搅拌摩擦复合热源焊接设备，它包括摩擦搅拌系统、工作台(8)和工件夹具(5)，摩擦搅拌系统包括搅拌头(1)和焊机主体(10)，其特征在于：所述焊机主体(10)、工件夹具(5)和工作台(8)与搅拌头(1)和工件(2)绝缘；在搅拌头(1)和焊缝方向设有导电块(3)，导电块位于工件底部焊缝上；在搅拌头(1)的顶端设有导电连接器(7)，该导电连接器(7)建立了旋转的搅拌头与静止的导电电极之间可靠的导电通道，电源(9)的一个电极通过导电连接器(7)与旋转的搅拌头(1)连接，另一个电极与导电块(3)连接；搅拌头(1)、导电块(3)以及搅拌头和导电块之间的焊缝工件(2)三者形成导电回路。
7.一种导电-搅拌摩擦复合热源焊接设备，它包括摩擦搅拌系统、工作台(8)和工件夹具(5)，摩擦搅拌系统包括搅拌头(1)和焊机主体(10)，其特征在于：所述焊机主体(10)、工件夹具(5)和工作台(8)与搅拌头(1)和工件(2)绝缘；在搅拌头(1)和焊缝方向设有导电块(3)，所述导电块(3)为两块，分别位于搅拌头(1)两侧前后焊缝上，其中一块导电块(3)位于工件底部，另一块导电块(3)位于工件正面，电源(9)的两个电极直接与两块导电块(3)连接，两导电块及其之间的焊缝工件(2)三者形成导电回路。
说明书 :
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是一种搅拌摩擦热源和电阻热源形成的复合热源的新型焊接技术。
背景技术
1991年英国焊接研究所(TWI)的Wayne Thomas发明了搅拌磨擦焊(Friction StirWelding-FSW)，它采用特殊形状的搅拌头，通过向搅拌头施加压力，将其插入待焊材料的结合面，直到搅拌头的轴肩和母材表面接触。随着搅拌头的下降，搅拌头的表面与母材摩擦产生热量，并在其周围形成螺旋状的塑性流体，轴肩下面同时产生塑性流体，结合界面的金属在摩擦热的作用下处于热塑性状态，然后开始焊接。在搅拌头的驱动下，搅拌头和母材做相对运动。搅拌头做搅拌运动是一个连续的热过程，产生的塑性流体从搅拌头前部向后方移动，随着工件的移动，搅拌头后面的塑流材料冷却形成焊缝，在搅拌头压力作用下形成塑化连接。搅拌摩擦焊具有以下优点：(1)固态连接：无粗大凝固组织和熔焊缺陷，热变形和残余应力小，可以实现大型框架结构的精密焊接；(2)制造成本低：焊前无需开坡口和特殊清理，无需金属填料、保护气体或焊剂，能量消耗比熔化焊低80％，还可实现水下焊接；(3)绿色环保：没有烟尘飞溅、强弧光、辐照和辐射，噪音低；(4)机械化/自动化：类似铣床加工，无需传统焊工的技术等级培训，操作过程简便，人为因素影响小，易于实现自动化，焊头质量重复性好；(5)工艺要求低：允许对接间隙容差0.1t(为板厚)；(6)焊缝表观好：焊工件表面平整，无明显焊缝凸起和焊滴缺陷，无需后续表面处理；(7)力学性能好：疲劳、断裂及弯曲等性能明显优于熔化焊，而且力学性能各向同性。从此以后，基于这种固相连接技术的明显优越性，使搅拌摩擦焊成为世界范围内得到快速发展的焊接技术之一，尤其是应用在铝合金、镁合金、锌合金、铜合金、铅合金等低熔点的有色金属方面，在工程应用中带来了巨大的经济效益和社会效益。
搅拌摩擦焊在低熔点有色金属成功利用的过程中，科研人员发现对于像普通碳钢、不锈钢、钛合金、甚至高温合金等结构材料的固相连接应用方面并不理想，其焊接速度慢，质量差。究其原因，主要是这些金属熔点高，硬度大，金属组织内部的固溶颗粒，第二相粒子的阻碍作用等使得仅仅靠机械力和摩擦产生的热量输入不足以得到较好的塑性软化组织，不能形成良好的焊接接头。如果为了增加热量输入而增大搅拌头的下压力和转速，会使搅拌头温度急速上升，使搅拌头高温强度降低，加剧搅拌头的磨损，导致搅拌头的搅拌针断裂而使焊接质量严重下降，同时也影响搅拌头的使用寿命。目前国内外的焊接工作人员都在如何提高搅拌摩擦焊在这些金属的成功利用方面努力。目前国内外的研究人员主要从改变搅拌头的几何形状，优化焊接工艺参数，改变搅拌头轴肩或搅拌针的形状和材料方面努力，其效果不甚理想。因此，使用熔化焊接技术或是常规的连续驱动(惯性)摩擦焊技术进行焊接。
在如何加大焊接热量的输入方面着手论文有很多，其主要思路是使用激光热源或电子束焊接热源进行搅拌摩擦复合焊接，这类复合技术的成本很高，应用受到局限。也有研发常规电弧热源辅助的搅拌摩擦技术，其中有一件中国发明专利(名称为“钨极惰性气体保护电弧焊预热-搅拌摩擦焊接复合方法”，专利号为“200510025485.0”)提供了一种新型的采用预热方式的搅拌摩擦焊技术，该发明在焊缝的正面沿焊接方向依次布置钨极惰性气体保护电弧焊和搅拌摩擦焊，并且钨极惰性气体保护焊枪与搅拌头在焊接方向上保持距离，钨极惰性气体保护焊枪固定在与搅拌头相联的滑动导杆上，钨极惰性气体保护焊枪与搅拌头之间的距离通过导杆上的调节螺丝来调节，钨极惰性气体保护电弧首先施焊，然后搅拌头在电弧对焊缝预热的条件下，在压力作用下进行搅拌摩擦焊接。上述发明能有效控制和减少焊接时搅拌头下压力，从而减少搅拌头的磨损，延长搅拌头的使用寿命，同时提高焊接速度和焊接质量，简化搅拌摩擦焊对焊接工装夹具的限制。但是，上述方法也具有一些缺陷：电弧加热不均匀，容易引起应力集中和引起工件的变形；同时，利用电弧预热待焊区，温度控制不准确，可能熔化金属或是预热不足，增加了搅拌摩擦焊接的复杂性，同时利用氩气保护电弧提高了焊接的成本，设备复杂化，限制了该焊接质量的提高和技术发展。
搅拌摩擦焊在低熔点有色金属成功利用的过程中，科研人员发现对于像普通碳钢、不锈钢、钛合金、甚至高温合金等结构材料的固相连接应用方面并不理想，其焊接速度慢，质量差。究其原因，主要是这些金属熔点高，硬度大，金属组织内部的固溶颗粒，第二相粒子的阻碍作用等使得仅仅靠机械力和摩擦产生的热量输入不足以得到较好的塑性软化组织，不能形成良好的焊接接头。如果为了增加热量输入而增大搅拌头的下压力和转速，会使搅拌头温度急速上升，使搅拌头高温强度降低，加剧搅拌头的磨损，导致搅拌头的搅拌针断裂而使焊接质量严重下降，同时也影响搅拌头的使用寿命。目前国内外的焊接工作人员都在如何提高搅拌摩擦焊在这些金属的成功利用方面努力。目前国内外的研究人员主要从改变搅拌头的几何形状，优化焊接工艺参数，改变搅拌头轴肩或搅拌针的形状和材料方面努力，其效果不甚理想。因此，使用熔化焊接技术或是常规的连续驱动(惯性)摩擦焊技术进行焊接。
在如何加大焊接热量的输入方面着手论文有很多，其主要思路是使用激光热源或电子束焊接热源进行搅拌摩擦复合焊接，这类复合技术的成本很高，应用受到局限。也有研发常规电弧热源辅助的搅拌摩擦技术，其中有一件中国发明专利(名称为“钨极惰性气体保护电弧焊预热-搅拌摩擦焊接复合方法”，专利号为“200510025485.0”)提供了一种新型的采用预热方式的搅拌摩擦焊技术，该发明在焊缝的正面沿焊接方向依次布置钨极惰性气体保护电弧焊和搅拌摩擦焊，并且钨极惰性气体保护焊枪与搅拌头在焊接方向上保持距离，钨极惰性气体保护焊枪固定在与搅拌头相联的滑动导杆上，钨极惰性气体保护焊枪与搅拌头之间的距离通过导杆上的调节螺丝来调节，钨极惰性气体保护电弧首先施焊，然后搅拌头在电弧对焊缝预热的条件下，在压力作用下进行搅拌摩擦焊接。上述发明能有效控制和减少焊接时搅拌头下压力，从而减少搅拌头的磨损，延长搅拌头的使用寿命，同时提高焊接速度和焊接质量，简化搅拌摩擦焊对焊接工装夹具的限制。但是，上述方法也具有一些缺陷：电弧加热不均匀，容易引起应力集中和引起工件的变形；同时，利用电弧预热待焊区，温度控制不准确，可能熔化金属或是预热不足，增加了搅拌摩擦焊接的复杂性，同时利用氩气保护电弧提高了焊接的成本，设备复杂化，限制了该焊接质量的提高和技术发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种导电-搅拌摩擦复合热源焊接方法，该方法利用导电和接触电阻产生的电阻热能增加搅拌摩擦焊在焊接黑色金属及高温合金结构材料时在能量输入上的不足；同时，由于电阻热受热均匀，故可以提高黑色金属和高温合金结构材料的焊接速度和焊接质量，降低搅拌头与工件的摩擦阻力，从而延长搅拌头的使用寿命，降低焊接缺陷，消除焊接应力。
本发明的另一个目的是提供一种实现导电-搅拌摩擦复合热源焊接的设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本导电-搅拌摩擦复合热源焊接方法是在搅拌摩擦焊的同时，在工件焊缝方向上通以电流，该电流与其流经的焊缝和摩擦搅拌焊接区的接触电阻产生电阻热，该电阻热与搅拌摩擦热形成搅拌摩擦焊的复合热源，从而实现导电搅拌摩擦复合热源焊接过程。
所述电流通过如下方法设置：使搅拌头和工件与焊机主体、固定工件的夹具和工作台绝缘，在搅拌头和焊缝方向设置导电块并在搅拌头和导电块之间通以电流，形成导电回路。
本发明中所述电流也通过如下方法设置：导电块为两块，此时两导电块分别位于搅拌头两侧前后焊缝上，其中一块导电块位于工件底部，另一块导电块位于工件正面，电源的两个电极直接与两块导电块连接，导电产生的电阻热既对搅拌摩擦焊缝进行辅助加热，又进行焊前预热和焊后热处理。
从设置位置关系分析，导电块有两种设置方案：1、导电块位于焊接正前方工件底部焊缝上，导电产生的电阻热对搅拌摩擦焊缝同时进行辅助加热和焊前预热；2、导电块位于焊接反方向工件底部焊缝上，导电产生的电阻热对搅拌摩擦焊缝同时进行辅助加热和焊后热处理。
从与工件和搅拌头运动关系分析，导电块有两种设置方案：1、导电块位于工件端头焊缝上与工件保持相对静止状态、与搅拌头保持相对运动；2、导电块位于摩擦搅拌区搅拌头附近焊缝上与搅拌头保持相对静止、与工件保持相对运动。
导电-搅拌摩擦复合热源焊接设备，它包括摩擦搅拌系统、工作台和工件夹具，摩擦搅拌系统包括搅拌头和焊机主体，其特征在于：所述焊机主体、工件夹具和工作台与搅拌头和工件绝缘；在搅拌头和焊缝方向设有导电块；在搅拌头的顶端设有导电连接器，该导电连接器建立了旋转的搅拌头与静止的导电电极之间可靠的导电通道，电源的一个电极通过导电连接器与旋转的搅拌头连接，另一个电极与导电块连接；搅拌头、导电块以及搅拌头和导电块之间的焊缝工件三者形成导电回路。
另一种导电-搅拌摩擦复合热源焊接设备，它包括摩擦搅拌系统、工作台和工件夹具，摩擦搅拌系统包括搅拌头和焊机主体，其特征在于：所述焊机主体、工件夹具和工作台与搅拌头和工件绝缘；在搅拌头和焊缝方向设有导电块，所述导电块为两块，分别位于搅拌头两侧前后焊缝上，其中一块导电块位于工件底部，另一块导电块位于工件正面，电源的两个电极直接与两块导电块连接，而不与搅拌头连接，两导电块及其之间的焊缝工件三者形成导电回路。
本发明提供的搅拌摩擦热源和电阻热源复合热源的新型焊接方法在下述方面的应用：
用于黑色金属、有色金属、不锈钢、高温合金等材料的搅拌摩擦焊接。
用于黑色金属、有色金属、不锈钢、高温合金等材料的搅拌摩擦焊后热处理。
用于黑色金属、有色金属、不锈钢、高温合金等材料的搅拌摩擦焊前预热。
本发明与现有技术相比，具有如下的显著效果：
其一.在电流电阻热的辅助作用下，克服了搅拌摩擦焊在黑色金属、钛合金、甚至高温合金等结构材料的固相连接方面能量输入的不足，突破了搅拌摩擦焊在焊件材料上的局限性，使其可以用于黑色金属、不锈钢、钛合金等高温结构材料的焊接，使搅拌摩擦焊的应用更广。
其二.可以减小搅拌头与高强度金属的摩擦损耗，提高搅拌头的使用寿命。
其三.降低了搅拌摩擦焊的工艺要求，既可以对搅拌摩擦焊进行辅助加热，也用于焊前预热和焊后焊缝热处理，由于电阻热受热均匀，由此可以进一步提高焊接速度和焊接质量，改善焊接接头的力学性能。
其四.降低了搅拌摩擦焊焊接缺陷的产生，例如因热量不足引起的未焊合，沟槽，空洞等缺陷。以及焊后内应力的随机消除，不需要特定的设备对其进行消除应力工艺。
其五.所需设备简单，成本较低，易于推广应用。
本发明的另一个目的是提供一种实现导电-搅拌摩擦复合热源焊接的设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本导电-搅拌摩擦复合热源焊接方法是在搅拌摩擦焊的同时，在工件焊缝方向上通以电流，该电流与其流经的焊缝和摩擦搅拌焊接区的接触电阻产生电阻热，该电阻热与搅拌摩擦热形成搅拌摩擦焊的复合热源，从而实现导电搅拌摩擦复合热源焊接过程。
所述电流通过如下方法设置：使搅拌头和工件与焊机主体、固定工件的夹具和工作台绝缘，在搅拌头和焊缝方向设置导电块并在搅拌头和导电块之间通以电流，形成导电回路。
本发明中所述电流也通过如下方法设置：导电块为两块，此时两导电块分别位于搅拌头两侧前后焊缝上，其中一块导电块位于工件底部，另一块导电块位于工件正面，电源的两个电极直接与两块导电块连接，导电产生的电阻热既对搅拌摩擦焊缝进行辅助加热，又进行焊前预热和焊后热处理。
从设置位置关系分析，导电块有两种设置方案：1、导电块位于焊接正前方工件底部焊缝上，导电产生的电阻热对搅拌摩擦焊缝同时进行辅助加热和焊前预热；2、导电块位于焊接反方向工件底部焊缝上，导电产生的电阻热对搅拌摩擦焊缝同时进行辅助加热和焊后热处理。
从与工件和搅拌头运动关系分析，导电块有两种设置方案：1、导电块位于工件端头焊缝上与工件保持相对静止状态、与搅拌头保持相对运动；2、导电块位于摩擦搅拌区搅拌头附近焊缝上与搅拌头保持相对静止、与工件保持相对运动。
导电-搅拌摩擦复合热源焊接设备，它包括摩擦搅拌系统、工作台和工件夹具，摩擦搅拌系统包括搅拌头和焊机主体，其特征在于：所述焊机主体、工件夹具和工作台与搅拌头和工件绝缘；在搅拌头和焊缝方向设有导电块；在搅拌头的顶端设有导电连接器，该导电连接器建立了旋转的搅拌头与静止的导电电极之间可靠的导电通道，电源的一个电极通过导电连接器与旋转的搅拌头连接，另一个电极与导电块连接；搅拌头、导电块以及搅拌头和导电块之间的焊缝工件三者形成导电回路。
另一种导电-搅拌摩擦复合热源焊接设备，它包括摩擦搅拌系统、工作台和工件夹具，摩擦搅拌系统包括搅拌头和焊机主体，其特征在于：所述焊机主体、工件夹具和工作台与搅拌头和工件绝缘；在搅拌头和焊缝方向设有导电块，所述导电块为两块，分别位于搅拌头两侧前后焊缝上，其中一块导电块位于工件底部，另一块导电块位于工件正面，电源的两个电极直接与两块导电块连接，而不与搅拌头连接，两导电块及其之间的焊缝工件三者形成导电回路。
本发明提供的搅拌摩擦热源和电阻热源复合热源的新型焊接方法在下述方面的应用：
用于黑色金属、有色金属、不锈钢、高温合金等材料的搅拌摩擦焊接。
用于黑色金属、有色金属、不锈钢、高温合金等材料的搅拌摩擦焊后热处理。
用于黑色金属、有色金属、不锈钢、高温合金等材料的搅拌摩擦焊前预热。
本发明与现有技术相比，具有如下的显著效果：
其一.在电流电阻热的辅助作用下，克服了搅拌摩擦焊在黑色金属、钛合金、甚至高温合金等结构材料的固相连接方面能量输入的不足，突破了搅拌摩擦焊在焊件材料上的局限性，使其可以用于黑色金属、不锈钢、钛合金等高温结构材料的焊接，使搅拌摩擦焊的应用更广。
其二.可以减小搅拌头与高强度金属的摩擦损耗，提高搅拌头的使用寿命。
其三.降低了搅拌摩擦焊的工艺要求，既可以对搅拌摩擦焊进行辅助加热，也用于焊前预热和焊后焊缝热处理，由于电阻热受热均匀，由此可以进一步提高焊接速度和焊接质量，改善焊接接头的力学性能。
其四.降低了搅拌摩擦焊焊接缺陷的产生，例如因热量不足引起的未焊合，沟槽，空洞等缺陷。以及焊后内应力的随机消除，不需要特定的设备对其进行消除应力工艺。
其五.所需设备简单，成本较低，易于推广应用。
附图说明
图1-本发明的方法与设备结构示意图。
1-搅拌头；2-工件；3-导电块；4-搅拌头卡夹装置；5-工件夹具；6-搅拌头夹持绝缘片；7-导电连接器；8-工作台；9-导电电源；10-焊机主体。
图中箭头I表示轴向压力方向，箭头II表示搅拌头旋转方向，箭头III表示搅拌头运动方向。
1-搅拌头；2-工件；3-导电块；4-搅拌头卡夹装置；5-工件夹具；6-搅拌头夹持绝缘片；7-导电连接器；8-工作台；9-导电电源；10-焊机主体。
图中箭头I表示轴向压力方向，箭头II表示搅拌头旋转方向，箭头III表示搅拌头运动方向。
具体实施方式
本发明主要提供一种导电-搅拌摩擦复合热源焊接方法和设备，该方法和设备通过导电产生电阻热对搅拌摩擦焊进行辅助加热以及焊前预热和焊后热处理，以克服搅拌摩擦焊在焊接时在能量输入上的不足(主要指黑色金属及高温合金结构材料的焊接)，同时提高焊接接头的质量，延长搅拌头的使用寿命，减少缺陷的产生。该电阻热和搅拌摩擦热形成焊接用复合热源，从而形成一种更优越的焊接技术。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本导电-搅拌摩擦复合热源焊接(简称EFSW)方法，包括通用的搅拌摩擦焊接(FSW)方法，本发明的特征在于还包括下述方法：使搅拌头1和工件2与焊机主体10、固定工件的夹具5和工作台8的接触部分通过绝缘材料绝缘，在搅拌头1和位于焊接前方工件底面焊缝上的导电块3间通以电流，形成导电回路，该电流与其流经的摩擦搅拌区和前焊缝金属的接触电阻产生电阻热，该电阻热源和搅拌摩擦热源共同作用形成搅拌摩擦焊的复合热源，从而实现导电-搅拌摩擦复合热源焊接(EFSW)。由于该电阻热产生于焊缝摩擦焊接区及其前方(本发明称之为方法1)，见图1，因此能对搅拌摩擦焊同时起到两方面作用：即辅助加热和焊前预热。
或者，在位于焊接反方向工件底面焊缝上设导电块，使导电块位于在搅拌头1前进留下焊缝的后部，在搅拌头1和导电块之间通以电流，形成导电回路，该电流与其流经的焊缝摩擦搅拌区和后焊缝金属的接触电阻产生电阻热，该电阻热源和搅拌摩擦热源共同作用形成搅拌摩擦焊的复合热源，从而实现导电-搅拌摩擦复合热源焊接(EFSW)。由于该电阻热产生于摩擦焊接区及其后方(本发明称之为方法2，省略附图)，因此能对搅拌摩擦焊同时起到两方面作用：即辅助加热和焊后热处理。
或者，导电块为两块，分别位于焊接前方工件正面(或底面)焊缝上和焊接反方向工件底面(或正面)焊缝上，由电源的两极直接提供电流，在搅拌头1上没有导电电流，在两个导电块、焊缝金属之间通以电流，形成导电回路，这样导电产生的电阻热既能对搅拌摩擦焊进行辅助加热，又可进行焊前预热和焊后热处理，本发明称之为方法3，省略附图。
在上述三种导电块不同的设置方法中，每一种方法中导电块又有两种更具体的设置方法：1、导电块3与工件2保持相对静止，与搅拌头1保持相对运动状态；2、导电块3与搅拌头1保持相对静止，与工件2保持相对运动状态。
一、如果导电块3与工件2保持相对静止，那么导电块3位于焊接正方向或焊接反方向工件2的最末端底部焊缝上。
当导电块3位于焊接正方向工件2的最末端底部焊缝上，导电块3与搅拌头1之间形成的电流与其流经的焊缝摩擦焊接区及其前方的接触电阻产生电阻热，该电阻热源对搅拌摩擦焊缝同时进行辅助加热和预热，形成电阻热-搅拌摩擦热的复合焊接热源，为焊接正方向的前焊缝固定复合焊接热源施加方式。
当导电块3位于焊接反方向工件2的最末端底部焊缝上，导电块3与搅拌头1之间形成的电流与其流经的焊缝摩擦焊接区及其后方的接触电阻产生电阻热，该电阻热源对搅拌摩擦焊缝同时进行辅助加热和焊后热处理，为焊接反方向的后焊缝固定复合焊接热源施加方式。
二、如果导电块3与搅拌头1保持相对静止，与工件2保持相对运动状态，那么导电块3位于工件2底部焊缝上与工件2接触并与搅拌头1保持固定间距。
当导电块3位于焊接正方向摩擦搅拌区焊缝前方附近(1～20cm)工件2底部与搅拌头1保持固定间距，此时形成近摩擦搅拌区的导电回路，导电块3与搅拌头1之间形成的电流与其流经的焊缝摩擦搅拌区的接触电阻产生电阻热，该电阻热源对搅拌摩擦焊缝同时进行辅助加热和局部焊缝的预热，形成电阻热-搅拌摩擦热的复合焊接热源，为焊接正方向焊缝摩擦焊接区前方附近移动复合焊接热源施加方式。
当导电块3位于焊接反方向摩擦搅拌区焊缝后部附近(1～20cm)工件2底部与搅拌头1保持固定间距，此时导电块3与搅拌头1之间形成的电流与其流经的焊缝摩擦搅拌区的接触电阻产生电阻热，该电阻热源对搅拌摩擦焊缝同时进行辅助加热和焊后热处理，为焊接反方向焊缝摩擦焊接区后方附近移动复合焊接热源施加方式。
三、如果导电块3为两块，与工件2保持相对静止，那么这两块导电块3分别位于焊接正方向工件2的最末端正面(或底面)焊缝上和焊接反方向工件2的最末端底面(或正面)焊缝上。
如果导电块3为两块，与搅拌头1保持相对静止，与工件2保持相对运动状态，那么这两块导电块3分别位于焊接正方向摩擦搅拌区焊缝前方附近的正面(或底面)和焊接反方向摩擦搅拌区焊缝后部附近的底面(或正面)，即两块导电块3以一定间距分布于搅拌头1的焊缝两边，与焊缝工件2移动接触并与搅拌头1保持固定间距。
本方法中，导电电流采用直流电流，电流的调节范围在400A～40KA之间；
或者，导电电流采用交流电流，电流的调节范围在400A～40KA之间，频率使用工频、低频或中频；
或者，导电电流采用脉冲电流，电流的调节范围在400A～40KA之间，单个周波时间为0.02S；
或者，上述电流的组合形式；
包括与导电电流参数相配合的搅拌摩擦焊接(FSW)工艺条件：搅拌头转速200～3000r/min，焊接速度0.2～300cm/min，摩擦下压力20～400KN。
一种导电-搅拌摩擦复合热源焊接(EFSW)设备，它包括摩擦搅拌焊系统、工作台和工件夹具，摩擦搅拌焊系统包括搅拌头和焊机主体。本发明的特征在于：所述焊机主体10、工件夹具5和工作台8与搅拌头1和工件2绝缘，工作台8与工件2的绝缘是直接在工件2背面采用耐高温的绝缘工作台8，工件夹具5与工件2的绝缘是在两者之间设有绝缘件(也可以直接采用具有绝缘功能的夹具来固定工件，如图1所示)，夹持搅拌头的卡夹装置4与搅拌头1之间有绝缘部件6，保证搅拌头1与摩擦搅拌焊接主机10绝缘，这样使得搅拌头1和工件2一起与整个焊接主机10绝缘，见图1。
本设备同时还包括导电系统，见图1，导电系统包括导电块3、导电连接器7和电源9，导电块3设于焊缝方向工件底部，电源9、搅拌头1、搅拌头1和导电块3之间的工件2以及导电块3形成导电回路。导电连接器7设置于搅拌头1顶端，电源9的一个电极通过导电连接器7与搅拌头1相连，该导电连接器7建立了旋转的搅拌头与静止的导电电极之间可靠的导电通道，同时实现了电流的有效传导，而不妨碍搅拌头1的旋转运动和轴向压力的传递。电源9的另一个电极通过导电块3与工件2接触，这样就建立了搅拌头1与工件2之间唯一的导电通道，实现导电-搅拌摩擦复合热源焊接(EFSW)。当采用两个导电块3时，由电源9的两个电极直接提供电流，在搅拌头1上不接电源电极。
电源(9)提供直流，或交流，或脉冲电流，或者上述电流的组合形式。
如前面方法所述，导电块既可以与搅拌头保持相对静止、与工件保持相对运动状态，又可以与工件保持相对静止、与搅拌头保持相对运动状态，同时导电块既可以设于焊缝正前方，也可以设于焊缝正后方，由此导电块可以有与方法对应的如下六种基本工作模式：
1、焊接正方向固定复合焊接热源模式：所述的导电块3安装位于焊接正方向工件2的最末端底部焊缝上，与搅拌头1形成导电回路，导电块3与工件2保持相对静止状态，该电流与焊缝摩擦焊接区的接触电阻产生电阻热，形成电阻热-搅拌摩擦热的复合焊接热源。
2、焊接正方向移动复合焊接热源模式：导电块3安装位于焊接正方向工件2的摩擦搅拌焊接区前方不远处(调节距离为1～20cm)的底部焊缝上，形成近摩擦搅拌区的导电回路，导电块3与搅拌头1保持相对静止，与工件2保持相对运动状态，该电流与焊缝摩擦搅拌区的接触电阻产生电阻热，形成电阻热-搅拌摩擦热的复合焊接热源。
3、焊接反方向固定热处理-焊接模式：导电块3安装位于焊接反方向工件2最末端的底部焊缝上，与搅拌头1形成导电回路，该电流与焊缝摩擦焊接区的接触电阻产生电阻热，该电阻热源对搅拌摩擦焊缝进行辅助加热和焊后热处理。
4、焊接反方向移动热处理-焊接模式：导电块3安装位于焊接反方向工件2摩擦搅拌焊接区后部附近(调节距离为1～20cm)的底部焊缝上，与搅拌头1形成导电回路，导电块3与工件2保持相对静止状态，该电流与焊缝摩擦搅拌焊接区的接触电阻产生电阻热，该电阻热源对搅拌摩擦焊缝进行辅助加热和焊后热处理。
5、两个固定导电块热处理焊接复合热源模式：导电块3为两块，分别位于焊接正方向工件的最末端正面(或底面)焊缝上和焊接反方向工件的最末端底面(或正面)焊缝上，搅拌头1上端不通电流，形成焊前预热、辅助加热和焊后热处理模式。
6、两个移动导电块热处理焊接复合热源模式：导电块3为两块，与搅拌头1保持相对静止，与工件2保持相对运动状态，这两个导电块分别位于焊接正方向摩擦搅拌区前方附近的正面(或底面)焊缝上和焊接反方向摩擦搅拌区后部附近的底面(或正面)焊缝上，即两块导电块以一定间距分布于搅拌头的焊缝两边，与焊缝工件移动接触并与搅拌头保持固定间距，形成焊前预热、辅助加热和焊后热处理模式。
本方法和设备的应用领域：
用于低碳钢、合金钢、特种钢、不锈钢、铜及其合金、铝及其合金、镁及其合金、钛及其合金等黑色和有色金属及其合金材料的焊接；
用于不开坡口或开坡口的对接、搭接、角接、T型接头或I型接头；
用于直缝、纵缝、环缝、T型缝或空间全位置焊接；
用于点焊，表面改性，新材料制备，超细晶粒制造，修复，复合焊接技术领域；
用在难焊金属的焊前预热方面和焊后热处理方面，消除焊接的内应力，防止其焊接变形的发生。
该方法和设备特别适用于使用搅拌摩擦焊接比较困难的黑色金属的焊接，可更有效地促进有色金属的搅拌摩擦焊接，降低有色金属的搅拌摩擦焊接的工艺要求和苛刻条件，提高效率，降低成本，延长搅拌针的寿命。
一个利用本方法进行焊接的具体实施例的实际参数：
焊接材料为Q235钢，搅拌头转速为1500-3000r/min，焊接速度为20-100cm/min，下压力为20-60kN，工件厚度6-22mm，外接直流电源电压为10-60V，电流为8000A-8KA，依据以上方法可以得到优质的Q235钢导电搅拌摩擦焊接头。
确定焊接规范的原则是：应该综合考虑焊接结构的形式、性状、尺寸，并与焊接工艺参数的进行合理匹配，根据实际焊接对象和材料对焊接的主要工艺参数开展优化工作，同时考虑外加电源导电的热量输入对焊接全过程的影响，对摩擦热和电阻热进行系统合理有效的分配和组合，这样能够保证获得优质的导电搅拌摩擦焊接接头。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本导电-搅拌摩擦复合热源焊接(简称EFSW)方法，包括通用的搅拌摩擦焊接(FSW)方法，本发明的特征在于还包括下述方法：使搅拌头1和工件2与焊机主体10、固定工件的夹具5和工作台8的接触部分通过绝缘材料绝缘，在搅拌头1和位于焊接前方工件底面焊缝上的导电块3间通以电流，形成导电回路，该电流与其流经的摩擦搅拌区和前焊缝金属的接触电阻产生电阻热，该电阻热源和搅拌摩擦热源共同作用形成搅拌摩擦焊的复合热源，从而实现导电-搅拌摩擦复合热源焊接(EFSW)。由于该电阻热产生于焊缝摩擦焊接区及其前方(本发明称之为方法1)，见图1，因此能对搅拌摩擦焊同时起到两方面作用：即辅助加热和焊前预热。
或者，在位于焊接反方向工件底面焊缝上设导电块，使导电块位于在搅拌头1前进留下焊缝的后部，在搅拌头1和导电块之间通以电流，形成导电回路，该电流与其流经的焊缝摩擦搅拌区和后焊缝金属的接触电阻产生电阻热，该电阻热源和搅拌摩擦热源共同作用形成搅拌摩擦焊的复合热源，从而实现导电-搅拌摩擦复合热源焊接(EFSW)。由于该电阻热产生于摩擦焊接区及其后方(本发明称之为方法2，省略附图)，因此能对搅拌摩擦焊同时起到两方面作用：即辅助加热和焊后热处理。
或者，导电块为两块，分别位于焊接前方工件正面(或底面)焊缝上和焊接反方向工件底面(或正面)焊缝上，由电源的两极直接提供电流，在搅拌头1上没有导电电流，在两个导电块、焊缝金属之间通以电流，形成导电回路，这样导电产生的电阻热既能对搅拌摩擦焊进行辅助加热，又可进行焊前预热和焊后热处理，本发明称之为方法3，省略附图。
在上述三种导电块不同的设置方法中，每一种方法中导电块又有两种更具体的设置方法：1、导电块3与工件2保持相对静止，与搅拌头1保持相对运动状态；2、导电块3与搅拌头1保持相对静止，与工件2保持相对运动状态。
一、如果导电块3与工件2保持相对静止，那么导电块3位于焊接正方向或焊接反方向工件2的最末端底部焊缝上。
当导电块3位于焊接正方向工件2的最末端底部焊缝上，导电块3与搅拌头1之间形成的电流与其流经的焊缝摩擦焊接区及其前方的接触电阻产生电阻热，该电阻热源对搅拌摩擦焊缝同时进行辅助加热和预热，形成电阻热-搅拌摩擦热的复合焊接热源，为焊接正方向的前焊缝固定复合焊接热源施加方式。
当导电块3位于焊接反方向工件2的最末端底部焊缝上，导电块3与搅拌头1之间形成的电流与其流经的焊缝摩擦焊接区及其后方的接触电阻产生电阻热，该电阻热源对搅拌摩擦焊缝同时进行辅助加热和焊后热处理，为焊接反方向的后焊缝固定复合焊接热源施加方式。
二、如果导电块3与搅拌头1保持相对静止，与工件2保持相对运动状态，那么导电块3位于工件2底部焊缝上与工件2接触并与搅拌头1保持固定间距。
当导电块3位于焊接正方向摩擦搅拌区焊缝前方附近(1～20cm)工件2底部与搅拌头1保持固定间距，此时形成近摩擦搅拌区的导电回路，导电块3与搅拌头1之间形成的电流与其流经的焊缝摩擦搅拌区的接触电阻产生电阻热，该电阻热源对搅拌摩擦焊缝同时进行辅助加热和局部焊缝的预热，形成电阻热-搅拌摩擦热的复合焊接热源，为焊接正方向焊缝摩擦焊接区前方附近移动复合焊接热源施加方式。
当导电块3位于焊接反方向摩擦搅拌区焊缝后部附近(1～20cm)工件2底部与搅拌头1保持固定间距，此时导电块3与搅拌头1之间形成的电流与其流经的焊缝摩擦搅拌区的接触电阻产生电阻热，该电阻热源对搅拌摩擦焊缝同时进行辅助加热和焊后热处理，为焊接反方向焊缝摩擦焊接区后方附近移动复合焊接热源施加方式。
三、如果导电块3为两块，与工件2保持相对静止，那么这两块导电块3分别位于焊接正方向工件2的最末端正面(或底面)焊缝上和焊接反方向工件2的最末端底面(或正面)焊缝上。
如果导电块3为两块，与搅拌头1保持相对静止，与工件2保持相对运动状态，那么这两块导电块3分别位于焊接正方向摩擦搅拌区焊缝前方附近的正面(或底面)和焊接反方向摩擦搅拌区焊缝后部附近的底面(或正面)，即两块导电块3以一定间距分布于搅拌头1的焊缝两边，与焊缝工件2移动接触并与搅拌头1保持固定间距。
本方法中，导电电流采用直流电流，电流的调节范围在400A～40KA之间；
或者，导电电流采用交流电流，电流的调节范围在400A～40KA之间，频率使用工频、低频或中频；
或者，导电电流采用脉冲电流，电流的调节范围在400A～40KA之间，单个周波时间为0.02S；
或者，上述电流的组合形式；
包括与导电电流参数相配合的搅拌摩擦焊接(FSW)工艺条件：搅拌头转速200～3000r/min，焊接速度0.2～300cm/min，摩擦下压力20～400KN。
一种导电-搅拌摩擦复合热源焊接(EFSW)设备，它包括摩擦搅拌焊系统、工作台和工件夹具，摩擦搅拌焊系统包括搅拌头和焊机主体。本发明的特征在于：所述焊机主体10、工件夹具5和工作台8与搅拌头1和工件2绝缘，工作台8与工件2的绝缘是直接在工件2背面采用耐高温的绝缘工作台8，工件夹具5与工件2的绝缘是在两者之间设有绝缘件(也可以直接采用具有绝缘功能的夹具来固定工件，如图1所示)，夹持搅拌头的卡夹装置4与搅拌头1之间有绝缘部件6，保证搅拌头1与摩擦搅拌焊接主机10绝缘，这样使得搅拌头1和工件2一起与整个焊接主机10绝缘，见图1。
本设备同时还包括导电系统，见图1，导电系统包括导电块3、导电连接器7和电源9，导电块3设于焊缝方向工件底部，电源9、搅拌头1、搅拌头1和导电块3之间的工件2以及导电块3形成导电回路。导电连接器7设置于搅拌头1顶端，电源9的一个电极通过导电连接器7与搅拌头1相连，该导电连接器7建立了旋转的搅拌头与静止的导电电极之间可靠的导电通道，同时实现了电流的有效传导，而不妨碍搅拌头1的旋转运动和轴向压力的传递。电源9的另一个电极通过导电块3与工件2接触，这样就建立了搅拌头1与工件2之间唯一的导电通道，实现导电-搅拌摩擦复合热源焊接(EFSW)。当采用两个导电块3时，由电源9的两个电极直接提供电流，在搅拌头1上不接电源电极。
电源(9)提供直流，或交流，或脉冲电流，或者上述电流的组合形式。
如前面方法所述，导电块既可以与搅拌头保持相对静止、与工件保持相对运动状态，又可以与工件保持相对静止、与搅拌头保持相对运动状态，同时导电块既可以设于焊缝正前方，也可以设于焊缝正后方，由此导电块可以有与方法对应的如下六种基本工作模式：
1、焊接正方向固定复合焊接热源模式：所述的导电块3安装位于焊接正方向工件2的最末端底部焊缝上，与搅拌头1形成导电回路，导电块3与工件2保持相对静止状态，该电流与焊缝摩擦焊接区的接触电阻产生电阻热，形成电阻热-搅拌摩擦热的复合焊接热源。
2、焊接正方向移动复合焊接热源模式：导电块3安装位于焊接正方向工件2的摩擦搅拌焊接区前方不远处(调节距离为1～20cm)的底部焊缝上，形成近摩擦搅拌区的导电回路，导电块3与搅拌头1保持相对静止，与工件2保持相对运动状态，该电流与焊缝摩擦搅拌区的接触电阻产生电阻热，形成电阻热-搅拌摩擦热的复合焊接热源。
3、焊接反方向固定热处理-焊接模式：导电块3安装位于焊接反方向工件2最末端的底部焊缝上，与搅拌头1形成导电回路，该电流与焊缝摩擦焊接区的接触电阻产生电阻热，该电阻热源对搅拌摩擦焊缝进行辅助加热和焊后热处理。
4、焊接反方向移动热处理-焊接模式：导电块3安装位于焊接反方向工件2摩擦搅拌焊接区后部附近(调节距离为1～20cm)的底部焊缝上，与搅拌头1形成导电回路，导电块3与工件2保持相对静止状态，该电流与焊缝摩擦搅拌焊接区的接触电阻产生电阻热，该电阻热源对搅拌摩擦焊缝进行辅助加热和焊后热处理。
5、两个固定导电块热处理焊接复合热源模式：导电块3为两块，分别位于焊接正方向工件的最末端正面(或底面)焊缝上和焊接反方向工件的最末端底面(或正面)焊缝上，搅拌头1上端不通电流，形成焊前预热、辅助加热和焊后热处理模式。
6、两个移动导电块热处理焊接复合热源模式：导电块3为两块，与搅拌头1保持相对静止，与工件2保持相对运动状态，这两个导电块分别位于焊接正方向摩擦搅拌区前方附近的正面(或底面)焊缝上和焊接反方向摩擦搅拌区后部附近的底面(或正面)焊缝上，即两块导电块以一定间距分布于搅拌头的焊缝两边，与焊缝工件移动接触并与搅拌头保持固定间距，形成焊前预热、辅助加热和焊后热处理模式。
本方法和设备的应用领域：
用于低碳钢、合金钢、特种钢、不锈钢、铜及其合金、铝及其合金、镁及其合金、钛及其合金等黑色和有色金属及其合金材料的焊接；
用于不开坡口或开坡口的对接、搭接、角接、T型接头或I型接头；
用于直缝、纵缝、环缝、T型缝或空间全位置焊接；
用于点焊，表面改性，新材料制备，超细晶粒制造，修复，复合焊接技术领域；
用在难焊金属的焊前预热方面和焊后热处理方面，消除焊接的内应力，防止其焊接变形的发生。
该方法和设备特别适用于使用搅拌摩擦焊接比较困难的黑色金属的焊接，可更有效地促进有色金属的搅拌摩擦焊接，降低有色金属的搅拌摩擦焊接的工艺要求和苛刻条件，提高效率，降低成本，延长搅拌针的寿命。
一个利用本方法进行焊接的具体实施例的实际参数：
焊接材料为Q235钢，搅拌头转速为1500-3000r/min，焊接速度为20-100cm/min，下压力为20-60kN，工件厚度6-22mm，外接直流电源电压为10-60V，电流为8000A-8KA，依据以上方法可以得到优质的Q235钢导电搅拌摩擦焊接头。
确定焊接规范的原则是：应该综合考虑焊接结构的形式、性状、尺寸，并与焊接工艺参数的进行合理匹配，根据实际焊接对象和材料对焊接的主要工艺参数开展优化工作，同时考虑外加电源导电的热量输入对焊接全过程的影响，对摩擦热和电阻热进行系统合理有效的分配和组合，这样能够保证获得优质的导电搅拌摩擦焊接接头。