一种基于双道偏置焊接的搅拌摩擦焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及搅拌摩擦焊接技术领域，尤其涉及一种基于双道偏置焊接的搅拌摩擦焊接方法。
【背景技术】
[0002]搅拌摩擦焊接技术是上世纪90年代在英国焊接技术研究所(TWI)诞生的固相连接技术，其焊接过程无弧光、烟尘，无需气体保护和金属填充，是一种典型的新型绿色焊接技术。与传统熔焊方法相比，其焊缝具有接头强度高，不易产生热裂纹、气孔等缺陷，焊接变形小、残余应力低等优点。特别是该技术在针对铝合金焊接时表现出的独到优势，使得其在航空航天、汽车、船舶、轨道交通车辆等领域的各类铝合金结构件制造方面得到了广泛地应用。但是在工程化的应用过程当中，焊接缺陷的出现是不可避免的，且具有一定的随机性，而因关键部位的单个缺陷导致整个零部件报废往往会造成巨大的损失。因此，工业界对搅拌摩擦焊接的缺陷修补问题进行了广泛的研究。
[0003]搅拌摩擦焊接的缺陷形式可简单分为表面成型缺陷、材料缺失性缺陷和强度削弱类缺陷三大类。其中表面成型缺陷主要包括飞边毛刺、鱼鳞纹、焊缝起皮等；材料缺失性缺陷主要包括孔洞、隧道、犁沟等；而强度削弱类缺陷主要有根部未焊透、S形线、及异物夹杂等。对于后两种缺陷，由于其直接影响焊缝的接头强度，危害性更大。因此，目前针对搅拌摩擦焊缺陷的补焊方法也主要针对影响焊缝接头强度的缺陷消除展开。其补焊方法主要包括缺陷的排除与补焊两步，特别是是针对强度削弱类缺陷，需要通过对焊缝的缺陷区域进行挖排，同样会造成焊缝材料的缺失。针对材料缺失条件下的补焊方法主要包括:多道重复焊接补焊法、熔焊填补材料补焊法、固相填补材料补焊法等。
[0004]多道重复补焊法:该方法主要针对在小区域范围内出现孔洞、隧道等缺陷来进行补焊。利用特制的搅拌针在原有焊缝的基础上，沿相同的焊接轨迹重复进行多道焊接，以达到消除焊缝缺陷的目的，但一般要求重复焊接的次数不超过三次。
[0005]熔焊填补材料补焊法:针对材料缺失较为严重的缺陷，如沿焊缝方向较长区域范围内出现孔洞，隧道，犁沟等缺陷，造成焊缝区域材料缺失，使得难以有足够的材料参与到搅拌摩擦焊接当中，无法利用多道重复补焊方法。因此，首先需要借助熔焊手段对材料缺失的区域进行材料填充，然后再利用搅拌焊方法实施补焊。由于利用熔焊方法填充的材料与母材之间存在一定的差异性，并且熔焊的焊接热输入总会对补焊区域的组织造成热影响，因此其补焊强度往往弱于原有焊缝。
[0006]固相填补材料补焊方法:针对材料缺失区域的形状较为规则的情况，可采用几何外形与材料缺失区域匹配或近似的母材材料，并通过机械性作用的方式来进行材料填充，而后再实施补焊。如专利号为ZL201210084904.8一一《修补运载火箭贮箱搅拌摩擦焊焊缝缺陷的装置及方法》和专利号为ZL201110350641.6——《一种采用T型填充块与无针搅拌头填充搅拌摩擦焊匙孔的方法》等，均是基于固相填补材料的思路进行补焊的方法。此类方法虽然消除了熔焊填充方法带来的弊端，但是限于补焊材料的形状限制，其应用范围有限。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就在于提供一种基于双道偏置焊接的搅拌摩擦焊接方法，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的:一种基于双道偏置焊接的搅拌摩擦焊接方法，步骤如下:
A、对待施焊区域做焊前清理；
B、依据待施焊区域的形状特征确定其对称中心线，并根据其对称中心线确定焊接轨迹，并测量待施焊区域的宽度，设其宽度值为2p ;
C、以待施焊区域对称中心线为准，将焊接轨迹向一侧行偏置，距离为p，使得偏置后对称中心线位于焊接轨迹的后退侧，然后进行焊接；
D、将焊接轨迹向对称中心线的另一侧行偏置，偏置距离同样为p，使得偏置后对称中心线位于焊接轨迹的前进侧，然后进行焊接。
[0008]本发明结合施焊材料的成分特点和结构特征，选用普通搅拌针与对应的搅拌摩擦焊接工艺参数，以材料缺失区域中心为对称线，分别将焊接轨迹向两侧偏置一定距离，然后先后实施搅拌摩擦焊接。在搅拌摩擦焊接过程当中，搅拌针周围的材料经高速旋转的搅拌针软化后，在搅拌针进给的过程中被驱赶至材料缺失的空腔中，以实现对材料缺失缺陷的消除。并通过搅拌摩擦焊接的微区锻造效应形成新的搅拌摩擦焊缝组织，并最终完成等强度补焊焊缝。本方法尤其适合铝(镁)合金在搅拌摩擦焊接过程中隧道、犁沟等缺陷，或因挖排等操作造成的材料缺失型缺陷的修复。
[0009]上述技术方案中，“待施焊区域”，主要是指焊缝材料缺失型缺陷而需要补焊的区域，焊缝材料缺失型缺陷是指焊缝组织中材料因没有密实连接、或因材料去除过度至焊缝过薄，从而造成焊缝接头机械性能削弱的一类缺陷；
上述技术方案中，所采用的搅拌针采用普通搅拌针即可，采用的焊接工艺参数也是根据需要实施补焊的材料特点和几何结构特征，依照普通焊接的条件即可，在A步骤中，即根据需要实施补焊的材料特点和几何结构特征，选用适合的普通搅拌针和摩擦焊接工艺参数；
所述的普通搅拌针指包含针尖、轴肩等基本特征，可反复使用的圆柱状非消耗性工具，典型的结构如图1所示；
所述搅拌摩擦焊接工艺参数主要指搅拌针的选择速度，进给速度，焊接倾角和搅拌针轴肩下压量等。
[0010]上述技术方案中，步骤C所述的“后退侧”指在焊接轨迹中，搅拌轴肩外缘的切向速度方向与其进给方向相反的一侧；
上述技术方案中，步骤D所述的“前进侧”指在焊接轨迹中，搅拌轴肩外缘的切向速度方向与其进给方向一致的一侧。
[0011]作为优选的技术方案:D步骤后进行去除飞边处理，使补焊焊缝表面光滑美观。
[0012]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明提出的搅拌摩擦焊接方法，对焊缝中材料缺失的区域可实施补焊，其焊接过程无需额外添加补焊材料，避免了传统补焊焊方法因材料填充的差异性及填充材料的方法造成补焊接头强度削弱的情况；同时，该焊接方法无须特殊的焊接工具和焊接工艺，可在任意焊缝上实施原位置补焊，补焊后可得到与原有焊缝抗拉强度相当的补焊接头，接头强度系数多0.6，并且其补焊接头的延伸率较补焊前的焊缝有较为明显的提升，接头延伸率可增加20%-30%。
【附图说明】
[0013]图1为普通搅拌针的结构示意图；
图2为本发明实施例的实施步骤示意图。
[0014]图中:1、搅拌针针尖；2、搅拌针轴肩。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0016]实施例:
参见图1和2，一种基于双道偏置焊接的搅拌摩擦焊接方法，步骤如下:针对待实施焊接的材料特性及几何特征，选择合适的搅拌针和焊接工艺参数，选用的搅拌针如图1所示，具有搅拌针针尖1和搅拌针轴肩2，设材料缺失区域的宽度为2p，通过两步来实施补焊:第一步，以材料缺失区域中心为对称，将焊接轨迹向一侧行偏置，距离为P，使得偏置后对称中心线位于焊接轨迹的后退侧，进行焊接；第二步，将焊接轨迹向对称线的另一侧行偏置，偏置距离同样为P，使得偏置后中心对称线位于焊接轨迹的前进侧，进行焊接。通过上述两步，最终完成对材料缺失区域的补焊。焊后对焊缝上的飞边进行适当处理，以实现焊缝的一致及美观。
[0017]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本本发明，凡在本本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于双道偏置焊接的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于:步骤如下: A、对待施焊区域做焊前清理； B、依据待施焊区域的形状特征确定其对称中心线，并根据其对称中心线确定焊接轨迹，并测量待施焊区域的宽度，设其宽度值为2p ; C、以待施焊区域对称中心线为准，将焊接轨迹向一侧行偏置，距离为p，使得偏置后对称中心线位于焊接轨迹的后退侧，然后进行焊接； D、将焊接轨迹向对称中心线的另一侧行偏置，偏置距离同样为p，使得偏置后对称中心线位于焊接轨迹的前进侧，然后进行焊接。2.根据权利要求1所述的基于双道偏置焊接的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于:D步骤后进行去除飞边处理。
【专利摘要】本发明公开了一种基于双道偏置焊接的搅拌摩擦焊接方法，属于搅拌摩擦焊接技术领域，包括的步骤为：对待施焊区域做焊前清理；依据待施焊区域的形状特征确定其对称中心线，将焊接轨迹向一侧行偏置，然后进行焊接；将焊接轨迹向对称中心线的另一侧行偏置，然后进行焊接；本发明避免了传统补焊焊方法因材料填充的差异性及填充材料的方法造成补焊接头强度削弱的情况；同时，该焊接方法无须特殊的焊接工具和焊接工艺，可在任意焊缝上实施原位置补焊，补焊后可得到与原有焊缝抗拉强度相当的补焊接头，接头强度系数≥0.6，并且其补焊接头的延伸率较补焊前的焊缝有较为明显的提升，接头延伸率可增加20%-30%。
【IPC分类】B23K20/12, B23K20/24
【公开号】CN105414736
【申请号】CN201510892712
【发明人】石璟, 邹敏, 裴利成, 王刚, 王爽, 王博, 陈明杏
【申请人】中国航天科技集团公司长征机械厂
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月8日