一种钎料挤压-返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方法技术

本发明专利技术公开了一种钎料挤压-返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，在匙孔中预置钎料，然后在匙孔内加入填充块，利用无针搅拌头旋转、摩擦T型填充块并下压，钎料受热软化，液态钎料在由匙孔和填充块组成的密闭环境内，受到填充块的挤压和搅拌，液态钎料被驱动流动填充，使液态钎料饱满填充匙孔底部间隙；由于液态钎料的不可压缩，其还沿侧壁界面向上返流，填充侧壁剩余间隙，并溶解侧壁界面，实现侧壁和底部界面的致密合金化。本发明专利技术批量修补时不需更换工具，焊后匙孔处无减薄或减薄量极小，节省填充材料，钎料和填充块的预置操作方便，搅拌区表面成形光滑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属焊接
，涉及。
技术介绍
目前，搅拌摩擦焊匙孔的消除或填补方法主要包括引出法、铆接法、熔焊填补法、摩擦塞焊法、采用可伸缩式搅拌头以及采用半消耗性组合搅拌头的填充式搅拌摩擦塞补焊。张贵锋等提出了 “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”，该方法与其他方法相比有如下优点利用T型填充块力臂大，可旋压入匙孔的特点，侧壁机械去膜效果较好。但由于后期填充块的屈服、搅拌肩对试样的机械搅拌扭转作用随厚度的增加而递减、表面减薄量的限制，下半部分的界面致密化效果难以实现，底部与侧壁下部出现了连续状的间隙，导致虽然接头的抗拉强度值稳定，但断裂位置出现了两种方式一种在界面，一种在母材，这于实际利用并不十分理想。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提供，克服只采用T型填充块进行全固态填充时虽侧壁结合好但底部和侧壁下部填充不致密的缺点。本专利技术是通过以下技术方案来实现，包括以下操作在匙孔中预置钎料，然后在匙孔内加入填充块，利用无针搅拌头旋转、摩擦T型填充块并下压，钎料接受传导热而熔化；液态钎料在由匙孔和填充块组成的密闭环境内，受到填充块的挤压和搅拌，液态钎料被驱动而流动，饱满填充匙孔底部间隙；由于液态钎料的不可压缩性，其还沿侧壁界面向上返流，填充侧壁剩余间隙，并溶解侧壁界面；利用液态钎料同时实现侧壁和底部界面的致密化与合金化。进一步,包括以下步骤I)将搅拌摩擦焊匙孔上部进行扩孔处理，加工成上宽下窄的台锥形的匙孔，并预清理其内壁；2)制备T型填充块；3)将钎料预置于台锥形孔底部；4)将T型填充块预置入台锥形孔内，并使T型盖头露出一定高度；5)启动无针搅拌头，旋转、摩擦T型填充块并下压，使T型填充块向匙孔中挤压；6)搅拌头下压到与待补焊工件上表面基本平齐时，原位摩擦一定时间；7)去除飞边，使填充表面光滑。所述的步骤2)是以扩孔内径为基准，按紧配合原则制备T型填充块，其底部触及或不触及钎料；T型填充块的材质与母材相同，其中，T型填充块的T型圆盖头的直径接近或等于搅拌头直径，T型圆盖头的厚度为I 3mm。所述的步骤3)是将金属箔状的钎料预置于台锥形匙孔底部。所述的步骤4)中T型盖头露出的高度为I 3mm。所述的步骤5)是启动在T型填充块上表面的无针搅拌头，旋转、摩擦并下压，利用无针搅拌头与T型盖头之间的摩擦热和无针搅拌头的下压力，使T型填充块一边受热一边往台锥形匙孔中旋压；在T型填充块未完全压入台锥形匙孔前，已被无针搅拌头驱动而使T形盖头以下的杆部与台锥形匙孔内壁产生相对摩擦而破膜，同时受到无针搅拌头的摩擦加热和下压力作用，T型填充块的杆部升温、软化。所述的步骤6)是搅拌头下压到与待补焊工件上表面基本平齐时，原位摩擦的时间为l 18s (视板厚而定)；利用无针搅拌头对T型填充块的摩擦、搅拌和扭转，以及钎料受热融化后的液相钎料在压力下的填充和溶解，使T型填充块与台锥形匙孔周围的材料受热软化、变形并破除T型填充块和台锥形匙孔接触面的氧化膜；匙孔底部允许有一定厚度的凝固态合金化后的钎料存在。所述的T型填充块的上半部分为T形盖头，用于和无针搅拌头接触摩擦并将热量传递给整个T型填充块及匙孔周围的材料；下半部分为杆，是用于填充台锥形匙孔的主要部分，其高度大于台锥形匙孔的深度，杆体积大于台锥形匙孔的体积。所述的T型填充块为标准T型填充块、双T型填充块或底部为台锥形的非标准T型填充块；所述填充块还能够替换为圆柱形填充块，圆柱形填充块的高度、体积均应大于台锥形匙孔的高度、体积。所述T型填充块为与待补焊工件一样的材质，或者选择硬度和强度低于无针搅拌头的、与待补焊工件不同的材质。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果本专利技术提供的钎料挤压-返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，一方面增加了钎料，增加了填充物的量(即使钎料不熔化也有利于固态下的挤压致密)，有利于减小表面减薄量，添加的钎料的主组元与母材主组元不形成金属间化合物；另一方面利用熔化后的液态钎料流动性好，在T型填充块的强力挤压和搅拌作用下，液态钎料充分流动，填充底部间隙，并利用密闭容器内液体的不可压缩性，迫使钎料沿侧壁界面向上返流，填充侧壁剩余间隙，并溶解侧壁界面，实现侧壁和底部界面的致密焊合，特别是用液相的填充代替了塑性流动，在底部获得了致密的结合。本专利技术提供的钎料挤压-返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，T型填充块不仅可以起到填充块的作用，而且充当挤压液态钎料的“旋转活塞”；液态钎料在由匙孔和填充块或者垫板、匙孔和填充块组成的密闭容器内，受到T型填充块的挤压和搅拌作用，由于液体的不可压缩性，可充分流动，填充底部所有间隙，并沿侧壁界面返流，填充侧壁剩余间隙，并溶解侧壁界面，实现界面合金化；匙孔底部允许有一定厚度的凝固态合金化后的钎料存在，以减小表面的减薄程度，并以溶解-凝固方式消除底部两板间的根部间隙。液态钎料受到T型填充块的挤压和搅拌作用，具备一定动能，有利于改善其对匙孔侧壁及底部母材的润湿性。本专利技术提供的钎料挤压-返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，主要利用填充块顶部/肩、填充块底部及周边/匙孔内壁间的摩擦热量熔化钎料，对压力的依赖度不是很高，而且允许钎料保留在匙孔底部，不要求全部挤出(实际情况下也不易挤出)。本专利技术提供的钎料挤压-返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，工具设计制作简单(无针工具)，批量修补时不需更换工具，焊后匙孔处无减薄或减薄量极小，节省填充材料，钎料和填充块的预置操作方便，搅拌区表面成形光滑。本专利技术提供的钎料挤压-返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，还可用于铸件表面缺陷及焊缝缺陷的修复，应用面广。附图说明图1本专利技术“钎料挤压-返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方法”示意图；(a):填充块为底部带部分台锥形斜壁的非标准T型填充块；(b):填充块为双T型填充块；(c):填充块为标准T型填充块(下部的杆的直径介于台锥形匙孔最大和最小直径之间)；(d):填充块为标准T型填充块(下部的杆的直径略小于台锥形匙孔最小直径)；(e):填充块为底部为台锥形的非标准T型填充块；(f):填充块为圆柱形填充块；I为无针搅拌头，2为T型填充块的头部，3为T型填充块的杆部，4为工件，5为钎料。图2为拉伸测试试样的形状及尺寸示意图；图3为拉伸试样在拉伸测试后断口宏观图与对应的载荷一位移曲线；图4为抗拉强度柱状图，其中a轧制态母材、b未带匙孔的正常致密搅拌摩擦焊缝、c填充前匙孔处的接头、d未加钎料填充匙孔后的接头以及e加钎料填充匙孔后的接头试样的抗拉强度的比较，(说明填充效果很明显加钎料匙孔填充后的接头强度不低于正常焊缝，优于未加钎料填充匙孔后的接头抗拉强度且远高于填充前带匙孔处接头的强度)；图5-1 5-6为本专利技术钎料受挤压后向上返流填充效果与填充块/匙孔界面致密化观察结果(均为背散射照片)其中，图5-1为低倍宏观照片；图5-2飞-5为图5-1中局部100倍放大照片；图5-6是侧壁中部与底面1000倍放大照片；其中a与j为侧壁界面上部填充效果；b与f为侧壁界面中部填充效果；c与e为侧壁界面底部或底部界面边部的填充效果；d为底部界面中心区填充效果；h为左侧界面中部(见b中)的高倍放大照片；i为右侧中部(见f中)的高倍放大照片；j为底面的高倍放大照片。图5-f图5-5反映钎料向上返流显著；图5-6反映本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钎料挤压?返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，其特征在于，包括以下操作：在匙孔中预置钎料，然后在匙孔内加入填充块，利用无针搅拌头旋转、摩擦T型填充块并下压，钎料接受传导热而熔化；液态钎料在由匙孔和填充块组成的密闭环境内，受到填充块的挤压和搅拌，液态钎料被驱动而流动，饱满填充匙孔底部间隙；由于液态钎料的不可压缩性，其还沿侧壁界面向上返流，填充侧壁剩余间隙，并溶解侧壁界面；利用液态钎料同时实现侧壁和底部界面的致密化与合金化。

【技术特征摘要】
1.一种钎料挤压-返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，其特征在于，包括以下操作: 在匙孔中预置钎料，然后在匙孔内加入填充块，利用无针搅拌头旋转、摩擦T型填充块并下压，钎料接受传导热而熔化；液态钎料在由匙孔和填充块组成的密闭环境内，受到填充块的挤压和搅拌，液态钎料被驱动而流动，饱满填充匙孔底部间隙；由于液态钎料的不可压缩性，其还沿侧壁界面向上返流，填充侧壁剩余间隙，并溶解侧壁界面；利用液态钎料同时实现侧壁和底部界面的致密化与合金化。2.如权利要求1所述的钎料挤压-返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将搅拌摩擦焊匙孔上部进行扩孔处理，加工成上宽下窄的台锥形的匙孔，并预清理其内壁； 2)制备T型填充块； 3)将钎料预置于台锥形孔底部； 4)将T型填充块预置入台锥形孔内，并使T型盖头露出一定高度； 5)启动无针搅拌头，旋转、摩擦T型填充块并下压，使T型填充块向匙孔中挤压； 6)搅拌头下压到与待补焊工件上表面基本平齐时，原位摩擦一定时间； 7)去除飞边，使填充表面光滑。3.如权利要求2所述的钎料挤压-返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，其特征在于，所述的步骤2)是以扩孔内径为基准，按紧配合原则制备T型填充块，其底部触及或不触及钎料； T型填充块的材质与母材相同，其中，T型填充块的T型圆盖头的直径接近或等于搅拌头直径，T型圆盖头的厚度为I 3mm。4.如权利要求2所述的钎料挤压-返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，其特征在于，所述的步骤3)是将金属的钎料预置于台锥形匙孔底部。5.如权利要求2所述的钎料挤压-返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，其特征在于，所述的步骤4)中T型盖头露出的高度为I 3mm。6.如权利要求2所述的钎料挤压-返流填充搅拌摩擦焊匙孔的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张贵锋，焦伟民，张建勋，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：