[发明专利]一种用搅拌摩擦焊修复金属构件中长体积型缺陷的方法

说明书

一种用搅拌摩擦焊修复金属构件中长体积型缺陷的方法，其步骤为：1、将待修复金属构件不规整的长体积型缺陷挖排形成长条形钩槽，并填充同质或异质金属；2、将金属构件放置在垫板上加以固定，使待修复区呈水平状态；3、使用无针搅拌头通过搅拌摩擦焊接将填充金属固定于金属构件的长条形钩槽中；4、用带有搅拌针的搅拌头和与其配合的静止轴肩，在超声振动辅助下对填充金属与金属构件进行搅拌摩擦焊接；5、完成搅拌摩擦焊接后，超声振动对修复区进行再振动。该方法可解决金属结构件长体积型缺陷修复的技术难题；具有修复区冶金结合好、强度高、表面平整光滑和内应力小的优点。

技术领域

本发明涉及金属焊接，特别是一种用搅拌摩擦焊修复金属构件中长体积型缺陷的方法。

背景技术

镁合金和铝合金因具有密度较低、比强度和比刚度较高的特点被广泛应用于制造行业中。在镁合金和铝合金铸造过程中，在其表面经常会出现各种形状的缺陷，影响镁合金或铝合金铸造结构件的质量，严重时甚至导致产品报废。目前修复镁合金和铝合金表面缺陷的技术存在修复后性能下降、结构尺寸精度无法保证和工艺复杂等问题。

搅拌摩擦焊作为一种新型固相连接技术，因其具有焊接过程中峰值温度低于熔点、可避免熔焊修复时产生气孔、夹渣和裂纹、可有效提高结构件的力学性能等优点已被越来越多用于对金属构件缺陷的修复。

用搅拌摩擦焊修复金属构件缺陷，目前多为修复形状比较规整的匙孔缺陷，对镁合金和铝合金铸造过程中表面产生的气孔、夹渣和裂纹等形状不规整和有一定长度的长体积型缺陷目前尚无成熟有效的修复方法。

CN103962715 A专利文献公开的一种垂直补偿的搅拌摩擦焊接工艺方法，主要针对板材加工造成的尺寸误差引起的大间隙问题，提出垂直补偿搅拌摩擦焊，采用在间隙位置添加补偿材料为采用搅拌摩擦焊进行修复的焊接方法，但是由于接头位置出现两个界面，导致焊接成形困难且易出现界面缺陷。

CN103212778A专利文献公开的基于搅拌摩擦的裂纹修复方法，只是采用无针搅拌头修复金属材料近表面的缺陷，未能实现沿板材深度方向的修补，且金属构件修复区会出现厚度减薄现象，导致应力集中，接头抗疲劳寿命降低。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种用搅拌摩擦焊修复金属构件中长体积型缺陷的方法。

本发明提供的用搅拌摩擦焊修复金属构件中长体积型缺陷的方法，包括以下步骤：

步骤1、将待修复金属构件中不规整的长体积型缺陷进行挖排，形成规整的长条形钩槽，在长条形钩槽中填充同质或异质金属；

步骤2、将步骤1的金属构件放置在垫板上并加以固定，使待修复区呈水平状态；

步骤3、通过搅拌摩擦焊接将填充金属固定于金属构件的长条形钩槽中；

搅拌摩擦焊接所用的无针搅拌头的轴肩直径为长条形钩槽宽度的1.2～3倍；无针搅拌头的底面有六个螺旋形分布的弧形凹槽，六个螺旋形分布的弧形凹槽的曲率半径，弧长，宽度和深度分别为无针搅拌头直径的0.7倍、0.5倍、0.1倍和0.05倍；

无针搅拌头从金属构件修复区的前端开始，以50～10000转/分的转速转动，同时以0.1～10mm/分的速度下扎，扎入深度为0.1～0.3mm(转速和下扎速度的具体值根据填充金属的尺寸确定)；扎入深度达到设计值时，无针搅拌头在继续旋转的情况下停留且1～100s，使此处的填充金属和长条形钩槽周边的金属构件材料软化，二者形成固定连接关系；然后无针搅拌头以30～1000mm/分的速度(该速度的具体值根据填充金属的尺寸确定)沿着待修复区域的走向向前移动(移动过程中保持继续旋转)，直至移动到修复区的后端为止，完成填充金属的固定；

步骤4、完成填充金属的固定后，改用带有搅拌针的搅拌头和与其配合的静止轴肩，在超声振动装置辅助下对填充金属与金属构件进行搅拌摩擦焊接；