[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

摘要

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。

主权项

1.一种用搅拌摩擦焊焊具修复匙孔缺陷的方法，所述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)；所述搅拌头的搅拌头轴肩(5)表面有六螺旋线凹槽(7)；所述静止轴肩由四个套在搅拌头上、并可拆分的静止轴肩分体(6)组合而成，静止轴肩的内径比搅拌头轴肩(5)的直径大0.1～0.3mm，静止轴肩的外径比内径大5～10mm；四个静止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，超声变幅杆与静止轴肩分体的上表面相接触；用该搅拌摩擦焊焊具修复匙孔缺陷的方法，包括以下步骤：步骤1、将带有匙孔(9)的待修复工件(8)水平放置在工作台上，并加以固定；步骤2、采取级进式填充修复焊方式，先根据匙孔的尺寸确定填充修复焊的级数；根据工件材质的不同和修复匙孔的大小选取超声振动装置的超声技术参数，选取范围是，功率为600～2000W，振幅为15～55μm，频率为20kHz～60kHz；步骤3、然后按下述方法利用匙孔周围材质对匙孔进行级进式填充焊一级填充焊：搅拌摩擦焊焊具采用搅拌头轴肩直径比匙孔上端直径略大的搅拌头和与之匹配的静止轴肩；将静止轴肩的四个静止轴肩分体套在搅拌头上；然后使搅拌头以50～10000转/分的转速和0.1～10mm/分的下压速度扎入匙孔一定深度，使匙孔周围的塑化材料填充到匙孔底部和搅拌头之间的空腔中；搅拌头的下扎深度根据等体积原理确定，搅拌头达到确定的下扎深度时停止下扎，此时使静止轴肩与工件的表面相接触，但不转动；开启四个超声振动装置，调节超声变幅杆与静止轴肩表面的夹角，使振动效果达到最佳；搅拌头停止下扎后继续旋转1～100秒，使搅拌头下部的填充材料塑性流动，与填充区的界面实现冶金结合；然后将搅拌头和静止轴肩一起撤回，完成匙孔的一级填充焊；完成一级填充焊后，将搅拌摩擦焊焊具改用搅拌头轴肩直径比一级填充焊所用搅拌头的搅拌头轴肩直径大1～3mm的搅拌头和与之匹配的静止轴肩，按与一级填充焊相同的方法对匙孔进行二级填充焊；完成二级填充焊后，将搅拌摩擦焊焊具改用搅拌头轴肩直径比二级填充焊所用搅拌头的搅拌头轴肩直径大1～3mm的搅拌头和预制匹配的静止轴肩按与一级填充焊相同的方法对匙孔进行三级填充焊；以此类推，完成利用匙孔周围材质对匙孔设定的多级填充焊；步骤4、完成上述利用匙孔周围材质对匙孔确定的多级填充焊后，根据体积不变原理，在匙孔上部会出现一个深度较浅、直径较大的圆形缺孔，此时先用尺寸与该缺孔相同、材质与工件相同的圆形填充片(10)填充该缺孔；然后将搅拌摩擦焊焊具改用搅拌头轴肩直径比该缺孔孔径大1～5mm的搅拌头和与之匹配的静止轴肩，在超声振动装置辅助下对该缺孔进行填充焊：使搅拌头以50～10000转/分的转速旋转并下扎，下扎深度达到0.1mm时停止下扎，使静止轴肩的端面与工件上表面接触，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工件的上表面向一侧移动，使搅拌头离开修复的匙孔1～100mm；超声振动维持100s后停止；最后将搅拌头和静止轴肩以1～5mm/分的速度同时撤回，完成匙孔的整个修复焊过程。