[发明专利]一种搅拌摩擦焊焊缝在线冷喷涂防护与增强技术

说明书

本申请公开了一种搅拌摩擦焊焊缝在线冷喷涂防护与增强技术。所述技术通过采用冷喷涂与搅拌摩擦焊在线复合的方法，达到了有效避免焊接减薄、改善现有冷喷涂层结合弱和脆性的目的，从而实现了焊缝表面防护及力学性能同时提升、高性能与轻量化结构并存的技术效果，进而开发出一种更适合搅拌摩擦焊接头的腐蚀防护和力学性能增强的方法。

技术领域

本申请涉及航天航空技术领域，具体而言，涉及一种搅拌摩擦焊焊缝在线冷喷涂防护与增强技术。

背景技术

搅拌摩擦焊作为一种固相焊接技术，已经在航天、航空、轨道交通等领域得到广泛运用。随着应用范围的拓宽，该技术应用也不断面临新的挑战。由于搅拌头必须具备相应的压入量，直接造成焊缝区材料减薄，降低接头整体结构强度。此外，搅拌头的搅拌作用还导致了材料表面原始包铝层的完全破坏，使得接头焊缝区极易发生腐蚀，严重威胁了结构服役安全。因此，对搅拌摩擦焊焊缝开展有效的腐蚀防护与力学增强方法已成为目前航空航天结构应用的研究热点。

目前，针对搅拌摩擦焊焊缝表面抗腐蚀保护和接头力学增强的方法已有较多报道。针对防腐研究，最常见的方法是表面涂层/处理技术(如热喷涂、微弧氧化处理等)，但是热喷涂通常会引入高温热冲击，导致材料组织和力学性能的恶化，而微弧氧化处理技术只适于制备较薄保护层，难以对抗更恶劣的受力与腐蚀环境。针对搅拌摩擦焊接头力学增强的研究，工程中主要是对焊接结构进行整体或局部结构加厚设计，但其最大的缺点在于结构的显著增重，难以适应航天航空结构的在轻量化发展要求。最近，冷喷涂作为一种新型喷涂技术，也是一种新型固态增材制造技术，在焊缝表面防护中已引起了广泛关注。已有研究表明，冷喷涂纯铝涂层可用于高强铝合金接头的焊后腐蚀防护。然而，冷喷涂金属涂层(尤其是铝涂层)亦存在以下关键问题：涂层脆性、涂层与基体结合弱，在受力环境下易发生剥落，而且采用单一纯铝冷喷涂时，只能提高抗腐蚀性，而对结构的力学性能改善效果较差。

综合以上分析，针对搅拌摩擦焊焊缝抗腐蚀和结构减薄力学性能下降的问题，采用传统热喷涂、结构加厚设计、常规冷喷涂技术均难以满足高性能轻量化结构要求。因此急需寻找一种更适合搅拌摩擦焊接头的腐蚀防护和力学性能增强的方法。

针对上述找到寻找一种更适合搅拌摩擦焊接头的腐蚀防护和力学性能增强的方法的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种搅拌摩擦焊焊缝在线冷喷涂防护与增强技术，以至少解决上述提出的寻找一种更适合搅拌摩擦焊接头的腐蚀防护和力学性能增强的方法的技术问题。

本发明的一个目的是提供一种搅拌摩擦焊焊缝的冷喷涂防护与增强技术，所述技术包括：

1)通过搅拌头进行搅拌摩擦焊接；

2)使用冷喷涂喷枪沿焊接路径进行防腐材料的喷涂，所述搅拌头与所述冷喷涂喷枪的实时距离始终为20mm～300mm。

可选的，所述搅拌头与所述冷喷涂喷枪的实时距离始终为50mm～80mm。

可选的，所述搅拌头与所述冷喷涂喷枪的实时距离始终为60mm。

具体的，在所述搅拌摩擦焊接前，还包括使用冷喷涂喷枪沿待焊路径进行喷涂；所述喷涂包括只喷涂冷却气体和/或喷涂与被焊工件材料相同的粉末材料。

具体的，在所述搅拌摩擦焊接前进行的喷涂中，所述冷喷涂喷枪与搅拌头的实时距离始终为20mm～300mm。

可选的，在所述搅拌摩擦焊接前进行的喷涂中，所述冷喷涂喷枪与搅拌头的实时距离始终为50mm～80mm。

可选的，在所述搅拌摩擦焊接前进行的喷涂中，所述冷喷涂喷枪与搅拌头的实时距离始终为60mm或32mm。

具体的，在所述搅拌摩擦焊接前进行的喷涂中，所述喷涂的喷涂参数包括下述1)-5)中的至少一种：