CN102500915A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用T型填充块与无针搅拌头填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，(1)先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，并预清理其内壁；(2)制备T型填充块；(3)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；(4)启动无针搅拌头旋转并下压，使T型填充块向匙孔中旋压；(5)待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；(6)去除飞边，使填充表面光滑美观。该方法具有工具设计制作简单(无针工具)，批量修补时不需更换工具，节省填充材料，焊后匙孔处无减薄或减薄量极小，同时在侧壁与底部能获得去膜良好的致密结合的优点。该方法还可用于铸件表面缺陷及焊缝缺陷的修复。

Description

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

技术领域：

本发明属于焊接领域，涉及一种搅拌摩擦加工填充消除匙孔的方法，也可用于铸件及焊缝缺陷的修复。

背景技术：

搅拌摩擦焊(FSW)是英国焊接研究所(TWI)于1991年发明的一项新型的焊接技术。作为一种新型的固相连接技术，搅拌摩擦焊具有环保，无需气体保护和填充金属，焊缝不出现热裂纹、气孔等熔焊常见缺陷，变形小，残余应力低及接头机械性能优异等优点。目前，搅拌摩擦焊已成功应用于传统熔焊难以焊接的铝合金及某些异种金属间的连接，在航空航天、汽车、造船和高速列车等诸多铝合金结构制造领域等到了广泛应用。但是，由于搅拌针的存在，传统的搅拌摩擦焊在收焊处会留下一个与搅拌针尺寸形状类似的匙孔。匙孔的存在降低了焊缝的相对有效宽度，并减小了搭接剪切强度(lap shear)和抗拉强度(cross-tension strengths)，在机械性能以及材料的其他性能中扮演着‘最薄弱的环节’的角色。

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。

(1)引出法：在待焊工件的末端收焊处设置一个引出板，在引出板处停止焊接，这样可将匙孔留在引出板上，最后将引出板连同匙孔一起去除，可使待焊工件得到无匙孔的焊缝。该方法要求引出板定位牢固，引出板与待焊工件之间的过渡间隙越小越好，否则间隙过大会将塑性金属挤向间隙，导致焊缝金属出现亏损而出现缺陷^[3]。明显的，该方案在切除匙孔的同时也造成了材料的浪费，其实质只是将匙孔的位置进行了转移而并非进行了匙孔填充。

(2)铆接法：匙孔的铆接是利用铆枪将特配的铆钉铆入匙孔中。铆接前，先将匙孔扩至成圆柱孔，圆柱孔的直径一般比搅拌针的直径大0.2～0.5mm，而铆钉的直径一般比圆柱孔小，与搅拌针直径基本等大。为了保证铆接后铆钉与工件平齐，铆钉的长度比工件的厚度大大约0.2mm。目前，该方法已成功地应用于型号舱体的铆接中^[3]。但铆接属于机械连接，工件和工件之间很难密封，界面之间达不到原子级别的结合，填充效果不如补焊的效果。

(3)熔焊填补法：对于某些可熔焊性比较好的铝合金如5xxx与6xxx系列来说，熔焊填补法是一种比较简单的匙孔修复方法，为了使这一修复过程操作简单，通常可能要适当扩大孔的大小。对于焊缝厚度小于12mm的收焊匙孔，一般采用钨极氩弧焊的方式进行填充；而对于厚度大于12mm，且构件大、散热快的铝合金，匙孔的填补采用MIG焊的方法。熔焊填补法一般局限于可熔焊性能比较好的铝合金，而且对工艺要求高，易出现气孔、裂纹和由于热输入量大而引起的较大残余应力和变形等缺陷。

(4)摩擦塞焊法：摩擦塞焊是一项新型的固相补焊连接技术，最初用于海洋结构通孔的修补，后来该技术用于搅拌摩擦焊尾孔的消除以及焊接缺陷的修复。该方法利用焊接时旋转下降的塞棒与匙孔内壁处摩擦而产生强烈的塑性变形，并在外加压力下实现母材与塞棒材料的结合，从而到达匙孔填补的目的。相对于常规的熔焊方法，在加工成本及时间等方面，摩擦塞焊不具有优势。但是在某些情况下，如恶劣条件下的焊接作业或者材料焊接性差，摩擦塞焊这种技术方法就显现出明显的技术优势，而且摩擦塞焊还具有补焊接头质量高、不产生气孔，残余应力低、焊接变形小等熔焊不具备的优点。该方法的不足之处在于需要专门的摩擦塞焊设备，因而成本较高，工艺较复杂。

(5)采用伸缩式搅拌头：对于平板的焊接，可采用加“引导板”和“导出板”的方式消除匙孔，然而在焊接诸如圆筒形容器时，环焊缝上留下的匙孔就无法消除，必然会引起焊缝强度、质量等很多问题，所以伸缩式搅拌头广泛应用于环焊缝匙孔的消除。该搅拌头的肩和针是分离的，搅拌头沿着环形焊缝完成预期的焊缝后，当搅拌头再次经过焊缝的初始区域时，搅拌针缓慢地缩回到搅拌头之内直至最后收焊处，这样经过两圈的焊接可以达到去除匙孔的目的^[3，11]。美国国家航空航天局(NASA)首次开发研制并使用了可伸缩式搅拌头，随后波音公司以及马歇尔焊接工程中心等部门也研制出多种可伸缩式搅拌针，从而解决了管道和液氧储箱等环缝焊件匙孔消除这一难点[12]。但是该种搅拌头结构复杂，价格昂贵，而且要完成搅拌针和外围搅拌头之间复杂的相对运动，对设备的刚性和控制精度要求较高，传统的搅拌摩擦焊机难以实现，需要额外的专用设备。此外由于二次焊接导致填充材料不足，焊完后还会在匙孔处留下一道浅的凹孔，使得原匙孔处还是一个性能薄弱环节。

(6)采用组合搅拌头中的消耗性针填充匙孔：这是最近国内的哈尔滨工业大学开发的一种基于传统的搅拌摩擦焊技术的固相匙孔填补技术。在这项技术中采用了一种由铝合金填充材料做成的消耗性的针(bit)和用合金钢制成的非消耗性的肩而构成的半消耗性组合搅拌头。填充时，针(bit)在搅拌头的带动下旋转并慢慢向匙孔中下降填充，针(bit)与匙孔内壁首先产生摩擦作用，待针(bit)被全部压入匙孔后，搅拌肩与工件上表面接触，随后在针(bit)和匙孔的界面上产生大量的摩擦热并使针(bit)和匙孔中的材料产生软化和搅拌，最后，露出搅拌肩的针(bit)被剪断留在匙孔中成为填充材料而达到匙孔填补的目的。值得注意的是，在该工艺后还使用非消耗性无针搅拌头增加了一道搅拌摩擦处理工艺，以去除飞边，使填充表面光滑。由于此工艺采用了半消耗性组合搅拌头，批量填充时，需不断更换搅拌头中的消耗性针。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的工具制备与操作复杂、适宜材质受限、界面非冶金结合等缺点，提供一种采用T型填充块与无针搅拌头填充搅拌摩擦焊匙孔的方法。该方法具有工具设计制作简单(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(填充块无需插入搅拌工具内部的长柄部分)，同时在侧壁与底部能获得去膜良好的致密结合的优点。该方法还可用于铸件表面缺陷及其他焊缝缺陷的修复。

本发明公开了一种采用T型填充块与无针搅拌头填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，其核心特征在于：预先扩孔并制备紧配合的T型填充块(顶部的盖头为圆形；下面的杆部为台锥形)；采用无针式柱状搅拌头；将填充块合理预置入匙孔后，控制下压速度，使旋转的无针搅拌头以合适的下压速度将填充块旋压入匙孔，至搅拌头端面与待补焊试样表面基本平齐；停止下压后要继续原位摩擦一段时间。这样，通过上述多种途径的相互配合，确保实现了填充块顺利预置、热挤压入匙孔、并使填充块/匙孔界面致密化。本方法尤其适用于铝(镁)的搅拌摩擦焊收焊匙孔的填补消除，也可用于铸件及焊缝缺陷的修复。

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，

(1)、先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并预清理其内壁，以便填充块能顺利置入，若搅拌摩擦焊后的匙孔本身为台锥形，则免去扩孔工序；

(2)、以扩孔内径为基准，按紧配合原则制备可接近或直接可达匙孔底面的台锥形T型填充块，其材质与母材相同，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1～3mm；

(3)、将制备好的T型填充块预置入台锥形孔内，要求T型填充块的T型盖头须露出一定高度(该高度由技术人员根据实际情况结合常识决定)；

(4)、启动在填充块上表面的无针搅拌头旋转、摩擦并下压，利用肩与T型盖头之间的摩擦热和无针搅拌头的下压力的联合作用使填充块一边受热一边往匙孔中旋压；

(5)、搅拌头下压到与待补焊工件上表面基本平齐时，原位摩擦一定的时间(该时间由技术人员根据实际情况结合常识决定)，利用肩的摩擦、搅拌和扭转作用使填充块与匙孔周围的材料进一步受热软化、变形并破碎填充块和匙孔接触面的氧化膜，实现界面的致密结合；

(6)、去除飞边，使填充表面光滑美观。

所述无针搅拌头为可反复使用、无需更换的的圆柱状非消耗性工具，无针搅拌头无需倾斜。

所述填充块在未完全填补消除匙孔前，已经受到无针搅拌头的预摩擦加热和下压力作用，产生了一定的温升、软化和塑性变形。

所述无针搅拌头将填充块下压至与待补焊工件的上表面时，原位摩擦一段时间，使肩的摩擦、搅拌和扭转作用充分作用于填充块及匙孔周围的材料，使它们受热软化并产生一定的塑性流动从而实现填充块和匙孔间界面的致密结合，最终使匙孔得到填补修复。

所述填充块是底部带部分台锥形斜壁的非标准T型填充块、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。

所述填充块的上半部分为盖，用于和无针搅拌头接触摩擦并将热量传递给整个填充块及匙孔周围的材料；下半部分为杆，是用于填充匙孔的主要部分，其高度要大于匙孔的深度，杆体积要大于匙孔的体积，以保证饱满填充。

所述T型填充块可选择和待补焊工件一样材质的材料，或者选择和待补焊工件不同材质的材料，但其硬度和强度应低于搅拌头，以防搅拌头过度磨损。

所述填充块换成圆柱形填充块，但其高度和体积同样均应大于匙孔，以保证饱满填充。

所述T型盖头的厚度及直径根据待补焊工件的板厚确定。

本发明的优点：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(无需插入搅拌工具内部的长柄)，填充块的预置操作方便，搅拌区表面成形光滑，同时在侧壁与底部能获得去膜良好的致密结合的优点。该方法还可用于铸件表面缺陷或者其他的焊缝缺陷的修复，应用面广。

附图说明：

图1本发明“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”示意图；

图1(a)：填充块2为底部带部分台锥形斜壁的非标准T型填充块；

图1(b)：填充块2为双T型填充块；

图1(c)：填充块2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)；

图1(d)：填充块2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)；

图1(e)：填充块2为底部为台锥形的非标准T型填充块；

图1(f)：填充块2为圆柱形填充块；

图2本发明底部带部分台锥形斜壁的非标准T型填充块实物图和装配实物图；

图3本发明不同的工艺步骤对应的接头及其工具实物图(a：带针搅拌头及其留下的匙孔；b：无针搅拌头及其匙孔填充后的外观)；

图4本发明拉伸测试试样的形状及尺寸示意图；

图5本发明拉伸测试试样实物图(a、b：表面处理前；c、d：表面处理后)；

图6本发明拉伸试样在拉伸测试后断口宏观形貌与载荷-位移曲线；

图7本发明轧制态母材a、未带匙孔的正目的在于提供一种工艺简单，成本低廉、操作方便并且补焊接头性能优异的搅拌摩擦焊收焊匙孔填补方法，常致密搅拌摩擦焊缝b、填充前匙孔处的接头c以及填充匙孔后的接头d的抗拉强度的比较(说明填充效果很明显：匙孔填充后的接头强度不低于正常焊缝，远高于填充前带匙孔处接头的强度)；

图8本发明T型填充块/匙孔界面致密化观察结果。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提出的“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”的工序为：

(1)先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并预清理其内壁，以便填充块能顺利置入。若搅拌摩擦焊后的匙孔本身为台锥形，则可免去扩孔工序。

(2)以扩孔内径为基准，按紧配合原则制备可部分或直接可达台锥形匙孔底面的T型填充块，其材质与母材相同。其中，T型填充块的T型圆盖头的直径接近搅拌头直径，T型圆盖头的厚度为1～3mm左右。在此，需要强调指出的是，T型盖头的主要作用有：提供面积较大的摩擦发热面，使无针搅拌头能直接先对较大的填充块进行预热，避免台锥(柱)状部分因线速度小而发热不足，从而确保整个填充块的足够发热；带动整个填充块旋转与压入，以实现填充块与匙孔内壁、底面间的摩擦去膜；利用T型盖头的导热与及其与匙孔表面材料的摩擦实现对匙孔内壁周边的间接加热，为填充块/匙孔内壁界面间的再结晶创造条件；在上述先对填充料块、后对匙孔周边的摩擦加热过程中，能防止造成匙孔处工件的减薄。

(3)将制备好的T型填充块预置入台锥形孔内，要求T型填充块的T型盖头须露出一定高度，杆体积要大于匙孔的体积，为致密填充较宽的匙孔上部创造条件；

(4)启动无针搅拌头在填充块上表面旋转、摩擦并下压，利用轴肩与T型盖头之间的摩擦热和搅拌头的下压力的联合作用使填充块一边受热一边往匙孔中旋压；

(5)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，利用肩的摩擦、搅拌和扭转作用使填充块与匙孔周围的材料进一步受热软化、变形并破碎填充块和匙孔接触面的氧化膜，实现界面的致密结合；该阶段主要是对匙孔周边进行加热，为快速实现填充块/匙孔界面间的再结晶创造条件。

(6)去除飞边，使填充表面光滑美观。

●关于T型(或柱形)填充块的材质、形状及尺寸的选择与设计：

根据待补焊工件的焊接性、加工性、应用背景和价格等因素，T型填充块可以选择和待补焊工件一样材质的材料，也可以选择不同材质的材料，但其硬度和强度应低于搅拌头，以防搅拌头过度磨损。

所述填充块是底部带部分台锥形斜壁的非标准T型填充块、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；要求不高时，也可选用无T型盖头的简单柱状填充块。

所述填充块的上半部分为盖，用于和无针搅拌头接触摩擦并将热量传递给整个填充块及匙孔周围的材料；下半部分为杆，是用于填充匙孔的主要部分，其高度和体积均要大于匙孔，以保证饱满填充。

T型盖头的厚度及直径：根据待补焊工件的板厚确定，即板较厚时应适当增加T型盖头的厚度及直径。

以下介绍一具体实施案例说明如何实施本方法，并介绍所补焊接头性能的测试结果及T型填充块/匙孔界面致密化观察结果，以证明本发明的实用性和创新性。

选用厚度为5mm(实测厚度为4.7mm)市售纯铝板L2作为待补焊工件4，将铝板剪成80×70×4.7mm的试样。为尽量真实准确验证本方法的填充补焊效果，补焊前预先在板上用带针搅拌头进行一次搅拌摩擦缝焊，以获取匙孔3。T型填充块2采用与待补焊工件4一样的材质。带针搅拌头和无针搅拌针均为45钢制搅拌头。搅拌摩擦缝焊和无针搅拌头填充匙孔工艺的工具形状及尺寸和工艺参数分别如表1、表2所示：

表1  搅拌摩擦缝焊和搅拌摩擦加工填充消除匙孔工艺的工具形状及尺寸和工艺参数

表2  搅拌摩擦缝焊和搅拌摩擦加工填充消除匙孔工艺的工艺参数

底部带部分台锥形斜壁的非标准T型填充片尺寸参数为：上半部分T型盖头的直径为15mm，厚度为3mm；下半部分带台锥形斜壁的杆的圆柱部分直径为7.5mm，长度为3.5mm，倒台锥部分长度为2mm，锥度为12°。

采用拉伸实验测试被填充后匙孔处的接头性能，以评价填充效果。为了准确测定被填充后匙孔处的接头性能，对填充后的试样作如下处理：1、以原匙孔(直径为7.7mm)为中心，垂直于焊缝方向，截取80(长)×10(宽)mm的长条形样，这样匙孔的宽度占整个拉伸样的宽度比例接近80％，拉伸结果能有效反映出匙孔填充的效果；2、用铣床将飞边去除并用砂纸将试样表面包括侧面打磨平整，最终做成80×10×4.7mm的长条形拉伸样。为便于直观了解补焊接头的性能，采用相同的尺寸，相互比较母材、未带匙孔的搅拌摩擦焊缝、填充前带匙孔的搅拌摩擦焊接头以及填充后的补焊接头的抗拉强度。

实施效果简介如下：

图3(a)、(b)分别给出了带针搅拌摩擦焊留下的匙孔和无针搅拌摩擦填充了的匙孔外观图。从图3(b)可以看出填充后接头表面虽然有一些飞边存在，但带针搅拌摩擦焊留下的收焊匙孔已被填充，且搅拌区表面光滑平整，无任何毛刺。

图4为拉伸测试试样的形状及尺寸(80×10×4.7mm长条形试样)示意图。

图5为填补后拉伸测试试样的表面与侧面实物扫描图(a、b：表面处理前；c、d：表面处理后)；

图6为采用本发明的方法填补匙孔后的接头拉伸断口位置、断口宏观形貌和载荷-位移曲线。在三个拉伸试样中，有两个断口位置理想，出现在和肩边缘接触的再结晶软化母材上(如图6I所示)，而非填充块/匙孔界面；有一个断口位置出现在填充块/匙孔的界面处(如图6II所示)。但不管在哪个位置断裂，填补后的接头强度都足以保证在拉伸测试过程中使整个搅拌区(被无针搅拌头搅拌摩擦的区域，大概20mm)先塑性变形，然后才在搅拌区中出现断裂，并未出现未变形而直接在填充块/匙孔界面断裂的情况。表3以表格形式列出了三个填补后的拉伸试样的断裂位置、最大抗拉载荷、抗拉强度及它们的平均值。从表3可以看出，不管在哪个位置断裂，三个拉伸样的最大抗拉载荷和抗拉强度非常稳定。这说明填充块/匙孔界面的结合强度其实已经达到了搅拌区再结晶软化母材的强度(断于填充块/匙孔界面的接头强度介于两个断于母材的接头强度之间)。这是证明本发明所提出的“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”方法可行性的有力证据之一。

表3  填充接头拉伸试样的断裂位置和试验数据

图7为本发明所得填充匙孔后的接头试样与轧制态母材、未带匙孔的正常致密搅拌摩擦焊缝试样以及填充前带匙孔的搅拌摩擦焊缝试样(试样尺寸均为80×10×4.7mm)的抗拉强度的比较图。从图中可以看出填充后的接头抗拉强度(76.38MPa)达到了轧制态母材抗拉强度(123.70MPa)的61.75％，不仅超过了未带匙孔的正常搅拌摩擦焊缝的抗拉强度(72.28MPa)，而且远远大于填充前带匙孔的搅拌摩擦焊接头的抗拉强度(27.57MPa)，是填充前的2.77倍。说明本发明对匙孔的填充补焊作用是显而易见的。这是证明本发明所提出的“无针搅拌摩擦加工填充消除搅拌摩擦焊收焊匙孔”方法可行性的有力证据之二。

图8为T型填充块/匙孔界面致密化观察结果。从图中可以看出在100倍的放大倍数下，尽管由于温度梯度的影响让达到底面的摩擦热量尚不足以使T型填充块/匙孔底面的界面完全焊合起来，但T型填充块/匙孔内壁间界面得到了有效致密接合，这保证了补焊接头拥有较高的强度，与拉伸测试的结果相符合。事实上，填充块/匙孔内壁间界面间的焊合相对于填充块/匙孔底部界面间的焊合更为重要，因为前者属于工作焊缝，后者属于联系焊缝。T型填充块/匙孔内壁间的致密界面是证明本发明所提出的“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”可行性的有力证据之三。

综上所述，通过上述实施例子的介绍，本发明提出的“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”的可行性得到实证。该技术的优点可概述如下：

(1)本方法是一种固相搅拌摩擦加工工艺，整个过程不出现金属熔化，补焊处焊缝残余应力低，工件变形小，补焊焊缝接头强度高。对于纯铝材料而言，补焊焊缝接头的抗拉强度可达到正常母材的61.75％，不仅超过了未带匙孔的搅拌摩擦缝焊焊缝的抗拉强度，而且远远大于填充前带匙孔的搅拌摩擦焊接头的抗拉强度，是填充前的2.77倍。

(2)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(填充块无需插入搅拌工具内部的长柄部分)，填充块的预置操作方便，搅拌区表面成形光滑，同时在侧壁与底部能获得去膜良好的致密结合的优点。

(3)节省材料，且材料利用率高，可根据匙孔的大小确定填充片的尺寸。

(4)一次补焊即可填充消除匙孔，工艺稳定性和再现性优越。

(5)不需要其他专门设备，在传统搅拌摩擦焊机上即可完成，而且操作简单，易于管理。

(6)不仅可应用于平板收焊匙孔的补焊，也可应用于环焊缝匙孔的补焊，可应用范围较广。

(7)该方法还可用于铸件表面缺陷或者其他的焊缝缺陷的修复，应用面广。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种采用T型填充块与无针搅拌头填充搅拌摩擦焊匙孔的方法，其特征在于：

(1)先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，并预清理其内壁；(2)制备T型填充块；(3)将T型填充块预置入台锥形孔内，并使T型盖头露出台锥形孔；(4)启动无针搅拌头旋转并下压，使T型填充块向搅拌摩擦焊匙孔中旋压；(5)待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；(6)去除飞边，使填充表面光滑美观。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

(1)、先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并预清理其内壁，以便填充块能顺利置入，若搅拌摩擦焊后的匙孔本身为台锥形，则免去扩孔工序；

(2)、以扩孔内径为基准，按紧配合原则制备可接近或直接可达台锥形匙孔底面的T型填充块，其材质与母材相同，其中，T型填充块的T型圆盖头的直径接近搅拌头直径，T型圆盖头的厚度为1～3mm；

(3)、将制备好的T型填充块预置入台锥形孔内，要求T型填充块的T型盖头须露出一定高度；

(4)、启动在填充块上表面的无针搅拌头旋转、摩擦并下压，利用肩与T型盖头之间的摩擦热和无针搅拌头的下压力的联合作用使填充块一边受热一边往匙孔中旋压；

(5)、搅拌头下压到与待补焊工件上表面基本平齐时，原位摩擦一定的时间，利用肩的摩擦、搅拌和扭转作用使填充块与匙孔周围的材料进一步受热软化、变形并破碎填充块和匙孔接触面的氧化膜，实现界面的致密结合；

(6)、去除飞边，使填充表面光滑美观。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述无针搅拌头为可反复使用、无需更换的圆柱状非消耗性工具，无针搅拌头无需倾斜。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述填充块的上半部分为圆盖，用于和无针搅拌头接触摩擦并将热量传递给整个填充块及匙孔周围的材料；下半部分为台锥状杆，是用于填充匙孔的主要部分，其高度要大于匙孔的深度，杆体积要大于匙孔的体积，以保证饱满填充。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述填充块是仅在杆底部带部分台锥形斜壁的非标准T型填充块、杆部整体为台锥形的非标准T型填充块、标准T型填充块、或双T型填充块。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述填充块在未完全压入匙孔前，已被无针搅拌头驱动而使圆形盖头以下的杆部能与匙孔内壁产生相对摩擦而破膜，同时受到无针搅拌头的预摩擦加热和下压力作用，杆部产生了一定的温升、软化，从而易于向未填满处塑性流动。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述无针搅拌头将填充块下压至与待补焊工件的上表面时，原位摩擦一段时间，使肩的摩擦、搅拌和扭转作用充分作用于填充块及匙孔周围的材料，使它们一并受热软化并产生一定的塑性流动从而实现填充块和匙孔间界面的致密结合，最终使匙孔得到填补修复。

8.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述T型填充块选择和待补焊工件一样材质的材料，或者选择和待补焊工件不同材质的材料。

9.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述填充块换成圆柱形填充块，但其高度和体积同样均应大于匙孔，以保证饱满填充。

10.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述T型盖头的厚度及直径根据待补焊工件的板厚确定。

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