[发明专利]基于摩擦柱塞焊的深孔结构修复方法及应用的塞棒

说明书

本发明提供了基于摩擦柱塞焊的深孔结构修复方法及应用的塞棒。该修复方法包括：对孔类结构的内部损伤处进行去除并加工塞孔；获取塞棒，并将塞棒安装于摩擦塞补焊设备的输出端；塞棒旋转并下降进入到塞孔内部，塞棒的底面与塞孔的底部接触并摩擦，随着塞棒不断向下进给，塞棒接触面不断转变为可流动的热塑性材料并填充于塞棒与塞孔之间，摩擦塞补焊设备停转并持续向塞棒施加向下的顶锻压力从而形成固相连接的焊缝；在焊缝的位置重新加工深孔结构。本发明采用摩擦柱塞焊工艺，通过固相连接的方式，修复内部损伤的孔类结构，可以增强孔类结构的力学性能，延长使用寿命，适用于多种孔类结构，特别适用于深孔类结构。

技术领域

本发明涉及机械焊接和增材修复技术领域，尤其涉及一种基于摩擦柱塞焊的深孔结构修复方法及应用的塞棒。

背景技术

螺纹连接是机械连接中最常用的方法之一，内外螺纹构成连接后受力与变形都很复杂，在交变载荷的作用下，特别是在反复受拉的恶劣环境中，外螺纹部件经常会先于内螺纹部件发生疲劳破坏。高级检修过程中，螺纹孔缺陷主要可分为五个类型特征：第一，螺牙变形，螺纹孔不合理受力使螺牙产生永久塑性变形；第二，裂纹，加工或材料缺陷使损伤扩展形成裂纹；第三，豁口，螺纹牙顶崩坏缺失；第四，锈蚀，螺纹在相应环境介质化学作用下产生新相而失效；第五，刮伤，主要受螺栓螺牙变形、夹杂硬物或锈蚀等原因影响，在拆卸或组装过程中旋进出路径刮擦损伤。轨道交通装备存在大量螺纹孔和深孔结构，这些结构或由于车辆运行过程中由于振动、腐蚀，或由于检修反复拆装造成螺纹孔磨损、牙口断裂等损伤，从而造成整体零部件报废。传统的修复方法包括镶嵌钢丝螺套、焊堵、钎焊等方法，但均存在可靠性问题。尤其是焊堵工艺，由于热影响大，容易造成母材性能劣化、变形，降低整体零部件可靠性。例如在高速动车零部件的制造和检修过程中，需要对螺纹进行反复拆卸、安装，螺纹检修时不断发现螺纹孔牙型损伤的情况，为保证车辆的安全运行，对损坏的螺纹孔采取扩孔后焊补再重新加工螺纹的工艺进行修复。

摩擦柱塞焊是一种固相连接技术，可实现铁基合金、有色金属及合金的缺陷修复和连接，焊接过程中通过摩擦产热，焊接温度低于材料熔点，焊接热应力和残余应力极小，接头组织致密不易产生缺陷，具有广阔的应用前景，特别在航空航天、轨道交通和船舶等领域，摩擦柱塞焊技术具有很大的发展潜力。摩擦柱塞焊适用于孔类结构表面缺陷的修复，不同于传统熔化焊的缺陷修复方法：传统熔化焊方法由于热输入高且不易控制，并不适用于修复深埋于工件表面之下缺陷，摩擦柱塞焊则可用于修复较深位置的缺陷，且由于是固相连接，缺陷修复质量更高，接头性能不会产生明显的恶化。

摩擦柱塞焊需要在缺陷处加工塞孔，固定在焊机主轴上的塞棒高速旋转，同时向塞孔内进给，进给完成的瞬间主轴停转，施加一定大小的顶锻压力并保载。摩擦柱塞焊过程对设备刚性要求较高，主轴提供的动力要足够大，以保证塞棒进给阶段，塞棒与塞孔的同轴度不受影响。因此，如何利用摩擦柱塞焊对螺纹孔等深孔类结构进行修复是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种基于摩擦柱塞焊的深孔结构修复方法及应用的塞棒，用以解决现有技术中针对螺纹孔等深孔类结构修复可靠性差的问题。

本发明提供一种基于摩擦柱塞焊的深孔结构修复方法，包括：

S1、去除待修复的深孔结构的内部损伤，并加工成为用于固相填充的塞孔；

S2、获取与所述塞孔轮廓相匹配的塞棒；

S3、固定所述待修复的深孔结构，并将所述塞棒安装于摩擦塞补焊设备的输出端；

S4、所述塞棒在所述摩擦塞补焊设备的驱动下旋转并下降进入到所述塞孔内部，所述塞棒的底面与所述塞孔的底部接触并摩擦，随着所述塞棒不断向下进给，塞棒接触面不断转变为可流动的热塑性材料并填充于所述塞棒与所述塞孔之间，所述摩擦塞补焊设备停转并持续向所述塞棒施加向下的顶锻压力从而形成固相连接的焊缝；

S5、清除塞棒及产生的飞边，在所述焊缝的位置重新加工深孔结构。