[发明专利]一种用搅拌摩擦焊修复金属构件体积型缺陷的方法

摘要

一种用搅拌摩擦焊修复金属构件体积型缺陷的方法，所用搅拌头的搅拌针底面有六螺旋线凹槽；静止轴肩由四个可拆分的轴肩分体组合而成；四个轴肩分体分别有与配合使用的超声振动装置，超声变幅杆与轴肩分体的上表面相接；采取连续填充焊的方法，先选取适应各级填充焊所需搅拌头和与之匹配的静止轴肩；制作尺寸规格分别与各级搅拌头的搅拌针直径对应、材质与金属构件相同的填充片；在超声振动辅助下逐级进行填充焊，最后一级填充焊后使搅拌头继续旋转1～100s、超声振动维持200s。本发明具有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、应力集中现象少、修复不受缺陷深度限制、适用范围广等有益效果。

主权项

1.一种用搅拌摩擦焊修复金属构件体积型缺陷的方法，其特征在于：该方法使用的搅拌摩擦焊焊具包括搅拌头(1)和与搅拌头配合的静止轴肩(4)；所述搅拌头的搅拌针(6)的底面有六螺旋线凹槽(8)；所述静止轴肩由四个套在搅拌头上、并可拆分的轴肩分体(7)组合而成，静止轴肩的内径比搅拌头的搅拌头轴肩(5)直径大0.1～0.3mm，静止轴肩的外径比内径大5～10mm；四个轴肩分体分别有与其配合使用的超声振动装置，超声振动装置由超声波发生器、超声换能器(2)和超声变幅杆(3)组成，超声变幅杆与轴肩分体的上表面相接；用该搅拌摩擦焊焊具修复金属构件体积型缺陷，按以下步骤进行：步骤1、用手钻将待修复金属构件(9)上的各种体积型缺陷扩充成圆柱形匙孔(10)；步骤2、将金属构件水平放置在工作台上，并加以固定；步骤3、采取连续填充焊的方法，先根据匙孔的尺寸为搅拌摩擦焊焊具选取适应各级填充焊所需的不同尺寸规格的搅拌头和与之匹配的静止轴肩；根据金属构件材质的不同和待修复匙孔的大小选取超声振动装置的超声技术参数，其选取范围是：功率为600～2000W，振幅为15～55μm，频率为20kHz～60kHz；按填充焊的级数制作一组尺寸规格分别与各级搅拌头的搅拌针直径相对应、材质与金属构件相同或不同的填充片；步骤4、然后按下述方法对匙孔进行级进式填充焊：一级填充焊：选取直径与匙孔直径相同、厚度为0.1mm—10mm的一级填充片(11)填入匙孔的下部；搅拌摩擦焊焊具选用搅拌针直径比一级填充片直径小的搅拌头和与之匹配的静止轴肩，其中，搅拌针直径与一级填充片直径的差值为1mm或1mm以下；将静止轴肩的四个轴肩分体套在搅拌头上；将四个超声振动装置的超声变幅杆分别与四个轴肩分体的上表面相接；启动四个超声振动装置，调整超声变幅杆与金属构件表面的夹角，使超声振动达到最佳效果；然后使搅拌头和搅拌针以50～10000转/分的转速转动和0.1～10mm/分的速度向下扎入一级填充片中，扎入深度达到一级填充片厚度的10％—90％时，停留1～100秒，使一级填充片受到充分摩擦热呈塑性流动状态，其底部和侧壁与匙孔周围的材料形成冶金结合；然后撤回搅拌头和与之配套的静止轴肩，完成一级填充焊；二级填充焊：完成一级填充焊后，选用与一级填充焊搅拌针留下的缺孔直径相同、厚度为0.1mm—10mm的二级填充片(12)填入一级搅拌针留下的缺孔下部；搅拌摩擦焊焊具选用搅拌针直径比二级填充片直径小的搅拌头和与之匹配的静止轴肩，其中，搅拌针直径与二级填充片直径的差值为1mm或1mm以下，以与一级填充焊相同的方法完成二级填充焊；三级填充焊：完成二级填焊充后，选用与二级填充焊搅拌针留下的缺孔直径相同、厚度为0.1mm‑10mm的三级填充片(13)填入二级搅拌针留下的缺孔下部；搅拌摩擦焊焊具选用搅拌针直径比三级填充片直径小的搅拌头和与之匹配的静止轴肩，其中，搅拌针直径与三级填充片直径的差值为1mm或1mm以下，以与一级填充焊相同的方法完成三级填充焊；以此类推，当进行到最后一级填充焊时，改用直径大于匙孔直径的无针搅拌头进行最后一级填充焊；步骤5、完成最后一级填充焊后，搅拌头停止下扎，搅拌头继续旋转1～100s后停止旋转，然后以1～100mm/分的速度与静止轴肩一起沿金属构件的上表面向一侧移动，使搅拌头一侧边缘离开修复的匙孔对侧边缘5mm；超声振动维持200s后停止；最后将搅拌头和静止轴肩以5mm/分的速度同时撤回，完成匙孔的整个修复过程。