一种大尺寸搅拌摩擦焊焊接缺陷的修复方法与流程

本发明涉及一种大尺寸搅拌摩擦焊焊接缺陷的修复方法，属于焊接技术领域。

背景技术：

搅拌摩擦焊（fsw）技术是由英国焊接研究所（twi）于1991年发明的一种固相焊接技术，与熔化焊相比，搅拌摩擦焊具变形小、热裂纹倾向低、残余应力低、力学性能优异等优点，特别适合于铝合金、镁合金等低熔点、高导热性金属的焊接。但是搅拌摩擦焊对焊件的装配要求较高，对于大尺寸结构件，由于公差等原因导致的装配间隙不一致、高度不一致均可能在焊接过程中产生缺陷。搅拌摩擦焊常见的焊接缺陷有表面缺陷，如飞边、匙孔、表面梨沟、毛刺等，和内部缺陷，如隧道型孔洞、未焊透、弱结合等；其中对力学性能影响较为显著的有表面梨沟、隧道型孔洞、未焊透缺陷。

搅拌摩擦焊法通过对于存在表面缺陷和内部缺陷的焊缝位置进行二次搅拌摩擦焊接，在所选择的工艺参数合理时，对于尺寸较小的缺陷可以实现良好的修复，修复后的焊缝外观成形良好，焊接接头力学性能可以满足实际工程需要。然而当焊缝缺陷的尺寸较大时，焊接缺陷位置缺料情况较为严重，此时简单的进行二次搅拌摩擦焊接无法完成对焊接缺陷的修复。

技术实现要素：

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种大尺寸搅拌摩擦焊焊接缺陷的修复方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种大尺寸搅拌摩擦焊焊接缺陷的修复方法，包括如下步骤，

步骤一，对搅拌摩擦焊遗留的大尺寸焊接缺陷所在焊缝区域进行处理，加工出一个开口槽；

步骤二，利用可添加填充材料的熔化焊方法对步骤一中的开口槽进行填充焊接；

步骤三，采用回抽式搅拌摩擦焊对熔焊法补焊区域进行焊接，焊具沿上一道熔化焊焊接方向进行移动，当补焊区域焊接完成后焊具继续向前移动，同时搅拌针逐步回抽；

步骤四，搅拌针回抽完成后，焊具停留1~5s后开始抬起，获得表面成型良好、力学性能优良且表面无匙孔的补焊接头，补焊完成。

进一步地，所述步骤一中的开口槽横截面为v型、或u型、或方形。

进一步地，所述开口槽的宽度大于焊接缺陷的宽度2~3mm，开口槽的深度大于焊接缺陷的深度1~2mm，开口槽的长度大于焊接缺陷的长度3~5mm。

进一步地，所述步骤二中的熔化焊方法为tig焊、或mig焊、或cmt焊，焊缝余高在0.1~0.5mm之间。

进一步地，所述步骤二中所选用的填充材料的材质与待补焊区域的金属材质相同。

进一步地，所述步骤三中的回抽式搅拌摩擦焊焊具为组合式焊具，搅拌针可相对整体焊具进行上下移动。

有益效果：本发明提供的大尺寸搅拌摩擦焊焊接缺陷的修复方法，具备以下优点：

一、针对搅拌摩擦焊过程中形成的大尺寸缺陷，先采用熔化焊的方法对焊接缺陷位置进行金属填充，再采用回抽式搅拌摩擦焊方法进行最后的修复，可以有效消除熔化焊修复后焊缝位置可能存在的气孔、裂纹等缺陷，改善焊缝成形，提高焊缝力学性能，实现大尺寸搅拌摩擦焊焊接缺陷的有效修复；

二、采用熔化焊对缺陷位置进行金属填充的同时，也可以实现对补焊区域焊缝的预热，方便随后的搅拌摩擦补焊，降低搅拌摩擦焊具的磨损；

三、搅拌摩擦焊属于固相连接，焊接过程中焊缝金属不会融化，利用回抽式搅拌摩擦焊进行最后一步的补焊工作，可以有效降低焊接残余应力及工件变形量，显著提高了补焊焊缝的力学性能，同时获得表面没有匙孔的补焊接头；

四、采用本发明所提出的缺陷修复方法可获得无匙孔的补焊接头，因此只需对缺陷存在区域进行补焊，无需为了将匙孔引至原焊缝匙孔位置而对整条焊缝进行焊接，极大地降低了补焊的工作量；

五、利用本发明的修复方法补焊后无需二次加工，能够保证一次性成形，工艺的稳定性高，经济性高，操作性高。

附图说明

图1为表面存在大尺寸缺陷的焊接示意图；

图2为加工开口槽的示意图；

图3为采用熔化焊填充开口槽的示意图；

图4为采用搅拌摩擦焊进行最后修复的示意图。

图中标识：1.工件，2.原焊缝匙孔，3.焊接缺陷，4.原始焊缝，5.开口槽，6.焊丝，7.焊枪，8.电弧，9.搅拌摩擦焊焊具，10.搅拌针。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例一

参考图1至图4，一种大尺寸搅拌摩擦焊焊接缺陷的修复方法，通过如下步骤实现：

步骤一，对搅拌摩擦焊遗留的大尺寸焊接缺陷3所在焊缝区域进行处理，加工出一个v型开口槽5，开口槽5的宽度大于焊接缺陷3的宽度2~3mm，开口槽5的深度大于焊接缺陷3的深度1~2mm，开口槽5的长度大于焊接缺陷3的长度3~5mm；开口槽加工完毕之后大尺寸焊接缺陷3消失不可见。

步骤二，利用熔化极惰性气体保护焊（mig），对步骤一中加工出来的开口槽5所在的区域进行焊接并填充金属，焊枪7垂直于工件表面，焊接完成后开口槽5被填充金属完全填充，焊缝余高在0.1~0.5mm之间。所述填充金属为焊丝6，具体为5356铝焊丝，送丝速度8m/min，焊接速度10mm/s。

步骤三，采用回抽式搅拌摩擦焊对步骤二中熔化焊形成的焊缝区域再次进行焊接，搅拌摩擦焊焊具9沿步骤二中熔化焊的焊接方向进行移动，对熔化焊形成的焊缝区域进行搅拌，促使焊缝金属进行充分的塑形变形和塑形流动，形成表面成型美观且力学性能良好的补焊接头。当补焊区域焊接完成后，搅拌摩擦焊具9继续向前移动，同时搅拌针10逐步回抽。搅拌摩擦焊焊具的搅拌针10长度4.8mm，端部直径φ6mm，轴肩直径φ21mm，旋转速度1750r/min，焊接速度1500mm/min。

步骤四，搅拌针回抽完成后，搅拌摩擦焊焊具9停留1~5s后开始抬起，获得表面成型良好、力学性能优良且表面无匙孔的补焊接头，补焊完成。

所述开口槽除了实施例一中的v型开口槽，还可以加工成横截面为u型或方形的开口槽。

所述步骤二中的熔化焊方法，除了实施例一中的利用熔化极惰性气体保护焊（mig焊），还可以采用非熔化极惰性气体钨极保护焊（tig焊），或者冷金属过渡焊接（cmt焊接）。熔化焊所选用的填充材料的材质与待补焊区域的金属材质相近或相同。

所述步骤三中的回抽式搅拌摩擦焊焊具为组合式焊具，搅拌针可相对整体焊具进行上下移动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种大尺寸搅拌摩擦焊焊接缺陷的修复方法，包括如下步骤：步骤一，在所述搅拌摩擦焊焊接缺陷位置加工出一个开口槽；步骤二，利用可添加填充材料的熔焊方法对开口槽进行填充焊接；步骤三，采用回抽式搅拌摩擦焊对熔焊法补焊区域进行焊接，焊具沿上一道搅拌摩擦焊焊接方向进行移动，当补焊区域焊接完成后焊具继续向前移动，同时搅拌针逐步回抽；步骤四，搅拌针回抽完成后，焊具停留1~5s后开始抬起，获得表面成型良好、力学性能优良且表面无匙孔的补焊接头，补焊完成。本发明提供的大尺寸搅拌摩擦焊焊接缺陷修复方法，工艺稳定性、经济性、操作性高，显著提高补焊焊缝力学性能，补焊接头表面成型良好、无匙孔。

技术研发人员：戴忠晨;付宁宁;火巧英;云中煌;夏宁;王红波
受保护的技术使用者：南京中车浦镇城轨车辆有限责任公司
技术研发日：2018.07.05
技术公布日：2018.11.13