CN104014978A - 一种镁合金零件的堆焊成形再制造方法 - Google Patents

Abstract

一种镁合金零件的堆焊成形再制造方法属于废旧、损伤零件的再制造领域。本发明打磨去除零件表面上的疏松、气孔、裂纹等缺陷，使用堆焊成形技术精确恢复零件尺寸损失，堆焊成形完成后立刻用火焰加热堆焊成形层至镁合金熔点下100-200℃，用搅拌摩擦焊设备对堆焊成形层进行往返搅拌摩擦后处理；本发明中的再制造区域金相组织晶粒均匀细小，无明显的晶粒粗大热影响区；即使在大拘束、大面积缺陷区域再制造情况下也没有热裂纹与气孔产生；再制造过程最终产生的残余应力非常小，再制造区域强度高。

Description

一种镁合金零件的堆焊成形再制造方法

技术领域

本发明属于废旧、损伤零件的再制造领域，具体是一种废旧、损伤镁合金零件的再制造方法。

背景技术

镁合金具有比强度高、抗振能力强、加工性能好及电磁屏蔽能力强等优点，在航天航空、交通等其它国防装备等领域有非常广阔的应用前景。铸造镁合金零件受各种因素的影响，有时会在铸造镁合金表面产生气孔、疏松等缺陷，使零件成为不合格产品。特别是飞机上的一些大型镁合金零件，由于形状复杂且壁厚不均匀，很容易产生铸造缺陷，一些零件的废品率甚至达到50％。此外，服役中的镁合金零件受摩擦、腐蚀、疲劳冲击等原因会产生磨损、腐蚀坑及裂纹等缺陷。直接废弃这些损伤、废旧镁合金零件会造成严重的材料与能源的浪费。采用先进的再制造技术对其进行再制造生产具有重要的经济效益与环境效益。

目前，含缺陷镁合金零件的再制造一般采用钨极氩弧(TIG)或熔化极气体保护堆焊(GMAW)、激光熔敷等技术。但镁合金易氧化、膨胀系数与热导率大，易与许多合金元素固熔形成低熔点共晶体，钨极氩弧堆焊等技术存在应力应变大，热裂纹与气孔倾向大，焊缝热影响区晶粒粗大等问题。特别是大面积缺陷的再制造时，热累积更为严重，拘束度也更大，上述焊接问题也就更为严重。搅拌摩擦焊是英国焊接研究所发明的一种固相连接技术，利用插入被焊金属内高速旋转的搅拌针与被焊金属之间的摩擦热使被焊技术产生塑化，达到被焊金属连接的目的。但搅拌摩擦焊本身没有使用填充金属，不能用于体积缺损零件的再制造。

发明内容

针对损伤镁合金零件的再制造难题，本发明提供一种堆焊(激光熔敷、TIG熔敷、GMAW熔敷)成形复合搅拌摩擦后处理的再制造方法，再制造区域残余应力小，晶粒细小均匀，没有热裂纹与气孔产生。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种镁合金零件的堆焊成形再制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一：对镁合金零件缺陷部位进行打磨，去除缺陷，直至露出新鲜的金属表面，对于裂纹损伤要使用着色剂检测是否打磨干净；

步骤二：使用堆焊成形技术精确恢复零件尺寸损失；

当缺陷区域宽度与单道成形焊缝宽度相当时，采用单道焊恢复体积损失；当缺陷区域宽度大于单道成形焊缝宽度时，采用多道搭接堆焊恢复体积损失；

当缺陷区域深度小于单道成形焊缝高度时，采用单层堆焊恢复体积损失；当缺陷区域深度大于单道成形焊缝高度时，采用多层堆焊恢复体积损失；

步骤三：堆焊成形完成后立刻用火焰加热堆焊成形层至镁合金熔点下100-200℃；

步骤四：用搅拌摩擦焊设备对堆焊成形层进行往返搅拌摩擦后处理，旋转的搅拌头插入堆焊成形层，当整个搅拌头插入成形层并依靠摩擦热使其周围材料成为半固态后，搅拌头向前运动，直至覆盖整个堆焊成形层，堆焊成形材料重新变为固态；

搅拌头长度等于堆焊成形层厚度，也即缺陷区域深度；

搅拌摩擦焊道之间的搭接量，即相邻两个搅拌摩擦焊道中心之间的距离与单道搅拌摩擦焊道宽度之比为40％-65％。

如图2所示，堆焊成形材料重新变位固态后，晶粒细化、残余应力减小，堆焊成形时产生的热裂纹、气孔等缺陷得以弥合；

与现有技术相比，本发明的有益效果是：再制造区域金相组织晶粒均匀细小，无明显的晶粒粗大热影响区；即使在大拘束、大面积缺陷区域再制造情况下也没有热裂纹与气孔产生；再制造过程最终产生的残余应力非常小，再制造区域强度高。采用回填式搅拌摩擦工艺避免结束时搅拌头收起造成的小孔问题；搅拌头所需的功率小，可以以机器人为载体。

附图说明

图1是再制造过程示意图。

图2是搅拌摩擦处理路径示意图。

图3是修复成形层金相组织。

具体实施方式

本实施方案中的对象为一飞机座舱ZM5镁合金零件，铸造时其一端面上5cm×3cm范围内产生系列疏松，最深为3mm，若对整个端面进行机械加工去除疏松，则端面厚度不能满足要求。采用本发明技术对其进行再制造，堆焊成形具体采用交流MIG焊工艺。具体步骤为：

1)首现采用机械加工的方法在端面疏松处开长宽深分别为5cm×3cm×3mm的槽，去除疏松缺陷；

2)采用交流MIG焊工艺在凹槽内进行多层多道堆焊成形，MIG焊工艺参数为焊接电流120A、送丝速度8m/min、焊接速度15mm/s、保护气体流量21L/min，采用纯氩保护；

单道成形焊缝宽度高度分别为8mm、1mm，焊道间搭接系数为63％，每堆焊成形层为7道焊道，共3层；

3)堆焊成形完成后用火焰加热堆焊成形层至500℃；

4)用搅拌摩擦焊设备对堆焊成形层进行搅拌摩擦后处理，搅拌摩擦处理区域与堆焊成形区域相比要向外扩展4mm，搅拌头直径8mm，长度4mm，路径如图2所示。

修复成形层的抗拉强度为251MPa，达到母材的95％。修复成形层中无裂纹、气孔产生，金相组织为均匀细小的等轴晶，如图3所示。

Claims (1)

1.一种镁合金零件的堆焊成形再制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一：对镁合金零件缺陷部位进行打磨，去除缺陷，直至露出新鲜的金属表面，对于裂纹损伤要使用着色剂检测是否打磨干净；

步骤二：使用堆焊成形技术精确恢复零件尺寸损失；

当缺陷区域宽度与单道成形焊缝宽度相当时，采用单道焊恢复体积损失；当缺陷区域宽度大于单道成形焊缝宽度时，采用多道搭接堆焊恢复体积损失；

当缺陷区域深度小于单道成形焊缝高度时，采用单层堆焊恢复体积损失；当缺陷区域深度大于单道成形焊缝高度时，采用多层堆焊恢复体积损失；

步骤三：堆焊成形完成后立刻用火焰加热堆焊成形层至镁合金熔点下100-200℃；

步骤四：用搅拌摩擦焊设备对堆焊成形层进行往返搅拌摩擦后处理，旋转的搅拌头插入堆焊成形层，当整个搅拌头插入成形层并依靠摩擦热使其周围材料成为半固态后，搅拌头向前运动，直至覆盖整个堆焊成形层，堆焊成形材料重新变为固态；

搅拌头长度等于堆焊成形层厚度，也即缺陷区域深度；

搅拌摩擦焊道之间的搭接量，即相邻两个搅拌摩擦焊道中心之间的距离与单道搅拌摩擦焊道宽度之比为40％-65％。