[发明专利]基于强冶金反应的随焊增强焊缝耐受性搅拌头及焊接方法

说明书

本发明公开了一种基于强冶金反应的随焊增强焊缝耐受性搅拌头及焊接方法，其中搅拌头包括搅拌针、轴向推环、推轴、水冷外套筒和轴肩圆环，所述搅拌针、轴向推环和轴肩圆环同轴设置，各个轴肩圆环依次套接，且位于最内层的轴肩圆环套接在搅拌针，且所述轴肩圆环位于水冷外套筒内，而所述搅拌针的下端伸出水冷外套筒；各个轴肩圆环的上端通过相应的销钉与轴向推环连接，所述推轴与轴向推环之间通过轴承连接。与传统的镀膜或涂层等机械结合方式相比，本发明采用强冶金结合的方式，通过向焊缝中过渡不同的合金元素，增强焊缝的耐腐蚀及耐磨等性能，从而提高焊缝的服役寿命。

技术领域

本发明涉及焊接技术，具体涉及一种基于强冶金反应的随焊增强焊缝耐受性搅拌头及焊接方法。

背景技术

搅拌摩擦焊接作为一项固相连接技术，与传统熔焊方法相比，具有焊接热输入低、焊接变形小、接头质量高、绿色环保等优点，因此在航空航天、轨道车辆、海洋船舶等领域有广泛的应用。然而，诸多接头需在磨损和腐蚀等恶劣环境中服役，与母材相比，焊缝处易出现严重的磨损和腐蚀问题，从而导致构件的使用寿命降低。为了提高焊缝的耐磨、耐蚀性，通常采用熔覆、喷涂、电镀等方式，在焊缝上制备一层耐磨、耐腐蚀涂层。例如：CN108453367A公布了一种用于增加特殊粉末材料的搅拌摩擦表面加工改性的搅拌头，通过在轴肩开设螺旋槽孔，使粉末颗粒通过螺旋槽孔涂敷在金属表面。该方法是一种在焊接完成之后，对焊缝表面进行二次处理的工艺，增加了时间成本；而且，这种借助二次处理工艺涂敷粉末的方式，只能在焊缝表面形成保护层，而无法深入到焊缝内部，增强整个焊缝的耐受性；最后，这种涂覆方式难以形成坚固的冶金结合层，易在接头服役过程中发生涂层脱落现象，无法达到相应的保护、增强效果。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种基于强冶金反应的随焊增强焊缝耐受性搅拌头。采用此基于强冶金反应的随焊增强焊缝耐受性搅拌头进行焊接时，不需要对焊缝进行二次处理，而是伴随焊接过程的进行，同步达到提高焊缝耐磨、耐蚀性能的目的。

同时本发明的另一目的是提供了一种基于强冶金反应的随焊增强焊缝耐受性焊接方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本基于强冶金反应的随焊增强焊缝耐受性搅拌头，包括搅拌针、轴向推环、推轴、轴肩圆环和水冷外套筒，所述搅拌针、轴向推环和轴肩圆环同轴设置，各个轴肩圆环依次套接，且位于最内层的轴肩圆环套接在搅拌针，且所述轴肩圆环位于水冷外套筒内，而所述搅拌针的下端伸出水冷外套筒；各个轴肩圆环的上端通过相应的销钉与轴向推环连接，所述推轴与轴向推环之间通过轴承连接。

优选的，所述轴肩圆环的材料为Al、Co、Cr、Fe、W中的任意一种或组合。

优选的，各个轴肩圆环的壁厚相等。

优选的，各个轴肩圆环采用不同的金属材料制成。

优选的，各个推轴相对于搅拌针圆周均匀分布。

基于强冶金反应的随焊增强焊缝耐受性焊接方法，采用上述的基于强冶金反应的随焊增强焊缝耐受性搅拌头，包括以下步骤：

S1、轴肩圆环的制备：根据被焊工件，确定轴肩圆环的材料，并制备成不同直径的轴肩圆环；

S2、搅拌头的装配：将制备好的轴肩圆环通过销钉固定在轴向推环的下端，且各个轴肩圆环依次套接，再将直径最小的轴肩圆环套接在搅拌针，而直径最大的轴肩圆环被水冷套筒套接，将各个推轴均匀固定在轴向推环的上端，以完成搅拌头的装配；

S3、搅拌摩擦焊接：将装配好的搅拌头安装在焊机主轴，并设置焊接参数，开启焊接设备，搅拌针以一定速度旋转以对被焊材料进行搅拌摩擦焊接；与此同时轴肩圆环以一定速度旋转，且在轴向推环和推轴的推动下，轴肩圆环以一定速度向被焊工件方向运动，轴肩圆环的下端不断塑化消耗，塑化后的轴肩圆环材料融入焊缝后发生冶金结合，增强整个焊缝的耐受性。