[发明专利]基于基层材料电弧熔入的复合层焊缝搅拌强化方法及系统

说明书

本发明提供一种基于基层材料电弧熔入的复合层焊缝搅拌强化方法及系统。该方法包括：焊接前准备；将待焊接工件沿待焊接部位对接放在垫板上进行刚性固定；将焊丝装入送丝系统；调整焊枪和搅拌头的位置，设置焊接工艺参数；焊接开始，在电弧作用下焊丝金属熔入焊接坡口，随着焊枪沿焊接路径向前移动，搅拌头的轴肩和搅拌针接触到焊接坡口中处于热塑性状态的焊丝金属，并随之进行搅拌强化；焊枪和搅拌头沿着焊接路径不断进行焊丝金属熔入以及搅拌强化过程，直至焊接结束。该系统包括：电弧熔入子系统、搅拌强化子系统、焊接工作台。通过该方法及系统进行异种金属的焊接，能够抑制金属间化合物生成，细化晶粒，平整焊缝，获得性能良好的焊接接头。

技术领域

本发明涉及基于基层材料电弧熔入的复合层焊缝搅拌强化方法及系统，属于焊接技术领域。

背景技术

科学技术的不断进步对各类工程机械构件的性能如拉伸剪切性能、轻量化等方面提出了更高的要求，单一的金属材料已经不能满足要求，因此异种金属的焊接受到人们的广泛关注，异种金属的焊接具有能充分利用各组成材料的优异性能，降低成产成本，在各行各业中具有广泛的应用前景。

异种金属的物理和化学性能对焊接性起到至关重要，当异种金属的物理和化学性能相差较大时，容易形成金属间化合物，从而使焊接接头的强度降低。经研究发现，金属间化合物呈弥散细小的晶粒分布时对焊接接头的强度影响最小；降低金属间化合物的另一种形式是添加合金元素，通过添加合金元素可以改变界面区金属间化合物的种类、生成量，减缓脆性化合物生成速率，提高接头性能。

搅拌摩擦焊是一种基于强化焊接原理的固相焊接技术，在焊接过程中没有被焊工件母材金属熔化的现象，具有焊前准备简单，焊接过程中没有飞溅，没有弧光，具有焊接变形小，成产效率高的优点，同时搅拌摩擦焊接中气孔、夹杂和裂纹等缺陷也比较少。因此，搅拌摩擦焊接技术受到广泛的应用，现在已经从铝等低熔点金属逐步扩展到低碳钢、不锈钢等高熔点金属的焊接。而搅拌摩擦焊通过其搅拌头的搅拌强化过程通过其加压和搅拌可以将材料塑化并被搅拌混合，经过回复与再结晶将晶粒打碎并细化。

因此，发明一种能够抑制焊接接头金属间化合物的生成，提高接头性能的焊接方法及系统来完成异种金属的焊接是非常有必要的。

发明内容

本发明的第一发明目的：提供一种能够抑制焊接接头中的金属间化合物的生成，提高接头性能的焊接方法来完成异种金属的焊接。

本发明实现其第一发明目的所采取的技术方案是：一种基于基层材料电弧熔入的复合层焊缝搅拌强化方法，所述方法包括具体步骤如下：

S1、进行焊接前准备，所述焊接前准备包括对待焊接工件的待焊接部位开设焊接坡口；

S2、将待焊接工件沿待焊接部位对接放在垫板上进行刚性固定；

S3、将焊丝装入送丝系统；

S4、调整焊枪和搅拌头的位置，设置焊接工艺参数；

S5、焊接开始，在电弧作用下焊丝金属熔入焊接坡口，随着焊枪沿焊接路径向前移动，搅拌头的轴肩和搅拌针接触到焊接坡口中处于热塑性状态的焊丝金属，并随之进行搅拌强化；

S6、焊枪和搅拌头沿着焊接路径不断进行焊丝金属熔入以及搅拌强化过程，直至焊接结束。

进一步，所述焊接前准备包括具体操作如下：

S1-1、根据待焊接工件和搅拌头的材料特性进行焊接接头界面层的设计，所述焊接接头界面层的设计包括设计焊接坡口的形状与尺寸、焊接接头界面层所含合金元素的种类与数量、焊接接头界面层目标余高；所述焊接接头界面层目标余高是指熔入焊接坡口的焊丝金属高出待焊接工件表面的目标距离；

S1-2、依据所设计的焊接坡口的形状与尺寸，对待焊接工件的待焊接部位开设焊接坡口；