[发明专利]一种搅拌摩擦焊焊具和用该焊具修复匙孔缺陷的方法

说明书

一种搅拌摩擦焊焊具，其搅拌头的搅拌头轴肩表面有六螺旋线凹槽；静止轴肩由四个可拆分的静止轴肩分体组合而成；四个静止轴肩分体分别有与配合使用的超声振动装置，超声变幅杆与静止轴肩分体的上表面相接。利用该焊具修复匙孔缺陷时，由超声振动辅助，先采取用自身材质对匙孔进行级进式填充焊，最后采取用填充片填充焊。本发明具有修复区晶粒尺寸细化、修复界面冶金结合和力学性能好、强度高、厚度不减薄、无材料溢出、应力集中现象少、可实现较大深度匙孔修复和适用范围广等有益效果。

技术领域

本发明涉及金属焊接，特别是一种搅拌摩擦焊焊具和用该焊具修复匙孔缺陷的方法。

背景技术

搅拌摩擦焊作为一种新型的固相焊接方法，具有焊接温度低、变形和残余应力小及焊接焊接接头质量高等优点，已被广泛应用于航空航天、高铁和船舶等领域。焊接过程中，一个由特殊设计的轴肩和搅拌针组成的搅拌摩擦焊焊具扎入工件内部，与工件摩擦产生摩擦热，使材料流动，实现待焊工件的连接。

在搅拌摩擦焊接过程中，由于搅拌针的存在，在焊接接头的末端极易出现匙孔缺陷，该匙孔缺陷会引起弱连接和应力集中效应，极大地降低焊接接头的力学性能，降低焊接质量，严重时甚至导致焊接工件报废。

另外，对于现今大量应用于制造行业的铝合金和镁合金铸造件，在铸造过程中不可避免地会产生如气孔、疏松、裂纹等各种铸造缺陷，影响镁合金或铝合金铸造结构的质量，严重时也会导致铸件报废。

此外，某些金属构件在使用过程中亦会产生各种缺陷，严重时同样得报废。

针对上述产品因不同原因导致的缺陷而影响其质量和使用寿命的技术问题，为提高材料的利用率、节省资源和能源，许多修复上述缺陷的方法和装置应运而生。

目前修复上述体积型缺陷最好的方法就是将上述各种体积型缺陷先加工成为匙孔缺陷，然后采取搅拌摩擦焊修复匙孔缺陷。

目前用搅拌摩擦焊修复匙孔缺陷，使用的搅拌摩擦焊焊具的搅拌头一般为传统搅拌头，其搅拌头轴肩表面(底面)为平面、内凹面，或带有同心圆形状的凹槽。用这种搅拌头进行搅拌摩擦焊修复匙孔，工件表面易出现弧纹和飞边，且不利于材料的良好转移，易造成焊缝缺陷，导致表面质量降低。用这类搅拌摩擦焊焊具修复匙孔缺陷的方法有搅拌摩擦塞焊法、T型填充块与无针搅拌头相结合焊接法等。

CN101966621B专利文献公开的电弧预热搅拌摩擦塞补焊的方法和CN102500915A专利文献公开的采用T型填充块与无针搅拌头填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，均是采用类似填充块的方式进行匙孔缺陷修复，受板材厚度限制，用这两种方法难以进行大厚板材深度大的匙孔缺陷的修复；此外，修复界面极易产生冶金结合不良现象，使焊接接头性能降低。

CN102861985A专利文献公开的铝合金搅拌摩擦焊孔洞缺陷的修补方法和CN201410040662.1专利文献公开的铝合金搅拌摩擦焊接缺陷修复方法，是通过对缺陷挖排、再使用MIG焊填充，最后用搅拌摩擦焊修复缺陷。这两种方法的缺点是，搅拌摩擦焊后会出现新的匙孔缺陷，未从根本上消除体积型缺陷。

CN103212778A专利文献公开的基于搅拌摩擦的裂纹修复方法，只是采用无针搅拌头修复金属材料近表面的缺陷，未能实现沿板材深度方向的修补，且工件修复区会出现厚度减薄现象，导致应力集中，接头抗疲劳寿命降低。

发明内容

为解决上述现有搅拌摩擦焊修复匙孔缺陷存在的问题，本发明提供一种可使修复区晶粒尺寸细化、冶金结合和力学性能好、强度高、厚度不减薄、无材料溢出、应力集中少和适用范围广的搅拌摩擦焊焊具和用该焊具修复匙孔缺陷的方法。