[发明专利]搅拌摩擦搭接焊在搅拌摩擦补焊缺陷中作为填料方法的应用

说明书

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种搅拌摩擦搭接焊在搅拌摩擦补焊缺陷中作为填料方法的应用。

背景技术

搅拌摩擦焊是1991年由英国焊接研究所开发出的一种新型固相连接技术，这一技术的基本原理是，高速旋转的搅拌头插入被焊工件，对其施加热与机械的综合作用，使材料发生塑性变形并围绕搅拌头产生塑性流动，最终在搅拌头的锻压作用下形成致密的焊缝。由于焊接温度低于材料的熔点，材料没有发生熔化，因此这一焊接技术很好地解决了难于熔焊材料的焊接问题，目前已被广泛的应用于各行业的焊接生产制造中。

鉴于自身的巨大技术优势，搅拌摩擦焊除了被应用于各行业的焊接制造，同时也已逐渐被应用到结构件缺陷的焊接修复中。这种基于搅拌摩擦焊原理的缺陷补焊方法被称为搅拌摩擦补焊工艺。在这一工艺中，搅拌头通过对含缺陷工件的缺陷位置实施摩擦搅拌作用，可以带动缺陷周围区域的材料发生向缺陷处的塑形流动，从而达到补焊缺陷的目的。

当结构件的缺陷尺寸较小时，直接对含缺陷工件的缺陷位置实施搅拌摩擦焊即可将缺陷消除掉，这已经在已有的研究中得到了验证。但当工件的缺陷尺寸较大时，如果直接对缺陷位置进行搅拌摩擦补焊，则由于缺陷处缺料过多导致搅拌头所能带动的塑性变形材料不足以将其彻底填充，即缺陷难以一次性得到彻底消除，此时，必须先对含缺陷工件的缺陷位置进行材料填充，而后再进行搅拌摩擦补焊，即可达到理想的缺陷补焊效果。

已有的缺陷填料方法主要包括熔化焊材料填充和固相材料填充两种。前者是将缺陷处的材料加工掉，并形成坡口，采用熔化焊方法熔化焊丝，向坡口内填充材料。填充完成后，再对熔化焊接头进行搅拌摩擦补焊，提高接头性能。这种方法虽然能够解决搅拌摩擦补焊缺陷的材料填充问题，但也带来了其他的问题。首先，熔化焊过程会产生较大的热量，容易对工件的组织性能和变形等都产生不利的影响，并最终降低搅拌摩擦补焊的效果；第二，焊丝成分与工件材料存在差异，这也是影响最终补焊焊缝组织形态及力学性能的不利因素。

而就固相材料填充方法而言，首先也是在缺陷处加工坡口，而后将与工件同质的块状或粉末状材料填充到坡口处，再采用搅拌摩擦补焊方法对填料处进行焊接。固相材料填充方法中，填充材料与工件之间仅仅是机械接触，因此这种方法避免了熔化焊填料方法的填料过程热输入高、补焊效果差等不足。但它自身的问题是，无论是在基体内填充金属块还是金属粉末，填充材料都难以定位。搅拌摩擦补焊中，搅拌头需要对工件缺陷处实施剧烈的摩擦搅拌作用，如果填充材料不能得到有效的定位，则搅拌头所施加的焊接力很可能引起填充材料发生移动甚至是向外溢出，导致由于填充材料的缺失而无法获得满意的搅拌摩擦补焊效果。

发明内容

为了解决现有缺陷填料方法中存在的对原工件性能影响严重、填充材料不容易定位等不足之处，本发明提供一种搅拌摩擦搭接焊在搅拌摩擦补焊缺陷中作为填料方法的应用，本发明在填料过程中采用搅拌摩擦搭接焊接工艺，促进填料材料向含缺陷工件流动，实现对含缺陷工件缺陷处的材料填充。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种搅拌摩擦搭接焊在搅拌摩擦补焊缺陷中作为填料方法的应用，该应用是在搅拌摩擦补焊缺陷过程中，采用搅拌摩擦搭接焊接工艺作为填料方法，该方法具体包括如下步骤：

(1)装卡定位：将搅拌头安装于设备主轴上，将板状填料放置于含缺陷工件的表面上，并覆盖工件的待填充缺陷；用卡具将板状填料和含缺陷工件牢固定位在支撑垫板上。

(2)搅拌摩擦搭接焊接：启动焊机，搅拌头开始旋转并从起焊点扎入板状填料，至搅拌头其轴肩的端面扎入板状填料上表面一定深度时，搅拌头其搅拌针已经下扎进入到工件缺陷处，然后搅拌头沿工件的待填充缺陷的分布轨迹行进，对板状填料和含缺陷工件实施搅拌摩擦搭接焊接，在搭接焊接过程中，板状填料的材料向下流动并填入工件的缺陷处。

(3)机械加工：通过机械加工的方式去除搅拌摩擦搭接焊接后板状填料多余的部分，仅保留工件的完整轮廓，以便于对已填充工件进行下一步的搅拌摩擦补焊。

所述板状填料的厚度为0.5～10mm，含缺陷工件的厚度为1～50mm。

所述板状填料与含缺陷工件为同质材料，可为铝、铝合金、镁、镁合金、铜或铜合金。

所述搅拌头的搅拌针长度最小值为板状填料上表面到含缺陷工件中待填充缺陷最低点之间距离，最大值为板状填料厚度和含缺陷工件厚度之和，搅拌头其轴肩的直径是其搅拌针长度的2～4倍。

所述的搅拌摩擦搭接焊接中，搅拌头转速50～5000r/min，焊速为5～1000mm/min。