本发明属于双相不锈钢焊接的，具体公开了一种双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接设备及方法。
背景技术：
1、双相不锈钢是由铁素体和奥氏体按照一定的比例组成，具有强度高、韧性好、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀以及焊接冷/热裂纹的敏感性小等诸多优势，在核电、石油、天然气、输送水管和车体结构等领域具有广泛的应用前景。双相不锈钢可分为两大类，一类是以铁素体为基的cr-ni系不锈钢，另一类是以奥氏体为基的cr-mn-n系双相不锈钢。目前双相不锈钢向着低ni经济型双相不锈钢发展。
2、在低ni经济型双相不锈钢当中，s32001(ni含量1.0-3.0％)和s32101(ni含量1.35-1.7％)是其中的典型代表，兼具了低成本和高性能的特点，成为双相不锈钢的发展新方向。随着低ni经济型双相不锈钢的应用，其焊接性尤为凸显。双相不锈钢在焊接热循环的作用下，焊缝金属先得到单相的铁素体组织，随着温度的降低，部分固态铁素体组织转变为奥氏体组织，当温度降低至奥氏体转变终止温度时，转变停止，获得奥氏体和铁素体的两相组织。但由于焊接过程中，焊接热循环复杂，不容易控制两相比例，随着焊接热输入的增加，虽然可以促进奥氏体相的形成，但容易导致奥氏体相粗大，甚至析出有害第二相，降低焊接接头的韧性和耐腐蚀性能。
技术实现思路
1、针对双相不锈钢焊接过程中铁素体和奥氏体比例不可控且焊接热循化增加导致奥氏体粗大，甚至析出有害相的难题，本发明提供一种双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接设备，采用超声和电流辅助搅拌摩擦焊接的方式降低焊接热输入，利用超声和脉冲电流的热/非热效应降低热输入的同时，提高双相不锈钢的塑性，降低变形抗力，实现双相不锈钢的搅拌摩擦焊接，通过添加适当比例的ni和bn调控焊接接头内部的铁素体和奥氏体两相的比例，实现双相不锈钢的高品质焊接，基于上述设备，提出一种切实可行的双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接。
2、本发明提供的双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接设备，包括搅拌摩擦焊机机床床身、平移装置、驱动电机、旋转主轴、套筒、超声波换能器、变幅杆、绝缘套、搅拌摩擦焊机搅拌头、工作台、绝缘垫板、夹具、脉冲电源、超声波发生器、送粉器、送粉管、滚筒和滚动装置；驱动电机安装在搅拌摩擦焊机机床床身上，由平移装置驱动沿平行于焊缝方向移动以及沿垂直于焊缝方向移动；旋转主轴的上端与驱动电机的输出轴连接，下端与套筒的上端连接；超声波换能器安装在套筒内部；变幅杆穿过套筒，上端与超声波换能器的下端连接，下端安装有绝缘套；搅拌摩擦焊机搅拌头与绝缘套连接；工作台与搅拌摩擦焊机机床床身连接，位于搅拌摩擦焊机搅拌头的下方；绝缘垫板安装在工作台上；夹具安装在绝缘垫板上，用于夹持焊接试板；脉冲电源通过导线分别与搅拌摩擦焊机搅拌头和焊接试板连接；超声波发生器通过导线与超声波换能器连接；送粉管安装在搅拌摩擦焊机机床床身上，通过柔性软管与送粉器连接；滚筒位于送粉管和搅拌摩擦焊机搅拌头之间，由滚动装置驱动沿焊缝方向滚动。
3、上述双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接设备中，搅拌摩擦焊机搅拌头采用镍钴基合金，硬度hrc50-70，采用三角牙型结构，牙型角度60o，表面粗糙度ra0.2，采用右旋螺纹，螺距1.5mm，牙高0.5mm，三个铣面均布120o。
4、上述双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接设备中，旋转主轴的上端通过联轴器与驱动电机的输出轴连接，下端通过法兰与套筒的上端连接；变幅杆上安装有法兰盘，法兰盘通过螺栓与套筒的下端连接；搅拌摩擦焊机搅拌头与绝缘套通过螺纹连接；平移装置、驱动电机、脉冲电源、超声波发生器、送粉器和滚动装置均通过导线与控制柜连接。
5、本发明提供的双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接方法，焊接试板采用双相不锈钢板，包括下述步骤：
6、s1，将两块双相不锈钢板置于上述双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接设备的绝缘垫板上，两块双相不锈钢板对接时留有预设宽度的间隙，调整好后进行定位和夹紧；
7、s2，将脉冲电源的导线通过导电夹与双相不锈钢板连接，调整搅拌摩擦焊机搅拌头位置至与双相不锈钢板的对接中心对齐，调整好送粉管位置并进行固定，送粉器中为不锈钢粉末、镍粉、氮化硼的混合混末；
8、s3，焊接双相不锈钢
9、t1，开启送粉器，沿着焊缝方向进行送粉；
10、t2，开启滚筒，沿着焊缝方向滚动，使混合粉末均匀平整的填充到两块双相不锈钢板的间隙内部，并压平；
11、t3，开启平移装置、驱动电机、脉冲电源、超声波发生器，对双相不锈钢板进行焊接。
12、步骤s1中，两块双相不锈钢板对接时间隙的宽度为0.1-0.3mm。
13、步骤s2中，按照不锈钢粉末：镍粉：氮化硼＝94：4：2的比例进行称取，将称取的粉末置于球磨罐中进行混粉，球磨机的转速为300r/min，混粉时间为60min，混粉后将混合粉末置于送粉器中。
14、步骤s3中，送粉器的送粉速为0.5kg/h；
15、滚筒的转速为30rad/min；
16、搅拌摩擦焊机搅拌头的转速为1000r/min，焊接速度为60mm/min：
17、脉冲电源的参数为：频率20-40khz，峰值电流0-200a；
18、超声波发生器参数为：功率4kw，频率20khz。
19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。
20、针对双相不锈钢焊接难，铁素体和奥氏体比例不可控且焊接热循化增加导致奥氏体粗大，甚至析出有害相的问题，本发明通过搅拌摩擦焊的方法进行焊接，焊接过程中施加脉冲电流和超声波，降低搅拌摩擦焊接温度，提高双相不锈钢的塑性，利用脉冲电流效应和超声波效应抑制晶粒粗化，添加ni和bn粉末调控焊接接头内部的双相比例，可以获得性能优异的双相不锈钢焊接接头，焊接接头表面成形良好。
1.一种双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，包括搅拌摩擦焊机机床床身、平移装置、驱动电机、旋转主轴、套筒、超声波换能器、变幅杆、绝缘套、搅拌摩擦焊机搅拌头、工作台、绝缘垫板、夹具、脉冲电源、超声波发生器、送粉器、送粉管、滚筒和滚动装置；
2.根据权利要求1所述的双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，搅拌摩擦焊机搅拌头采用镍钴基合金，硬度hrc50-70，采用三角牙型结构，牙型角度60o，表面粗糙度ra0.2，采用右旋螺纹，螺距1.5mm，牙高0.5mm，三个铣面均布120o。
3.根据权利要求1或2所述的双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接设备，其特征在于，旋转主轴的上端通过联轴器与驱动电机的输出轴连接，下端通过法兰与套筒的上端连接；
4.一种双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，焊接试板采用双相不锈钢板，包括下述步骤：
5.根据权利要求4所述的双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，步骤s1中，两块双相不锈钢板对接时间隙的宽度为0.1-0.3mm。
6.根据权利要求4所述的双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，步骤s2中，按照不锈钢粉末：镍粉：氮化硼＝94：4：2的比例进行称取，将称取的粉末置于球磨罐中进行混粉，球磨机的转速为300r/min，混粉时间为60min，混粉后将混合粉末置于送粉器中。
7.根据权利要求4所述的双相不锈钢电流超声辅助搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，步骤s3中，送粉器的送粉速为0.5kg/h；
