CN108857042A - 一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法，在搅拌摩擦焊完成后，选用短针或无针搅拌头并施加一定的轴向力紧压在搅拌摩擦焊接头区域，然后搅拌头旋转，在一定的转速和行进速度下，沿着焊缝区域运行至少一遍，通过搅拌头的摩擦使焊缝区域温度升高，以进行时效处理。本发明利用摩擦产生的热量对焊缝区域进行了一次快速热处理，合理的温升可以部分释放搅拌摩擦焊产生的焊接应力，可有效改善焊接接头的疲劳强度，相对于传统焊后热处理，本发明具有高效、工艺精简、效果显著等优点。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术，尤其是一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法。
背景技术
铝合金具有密度小、强度高、耐蚀性好、成型性能优良等特点，目前被广泛应用在航空、高速列车上、游艇等。当铝合金采用电弧焊时，存在焊接温度较高、焊接接头软化严重、焊接热影响区强度下降的问题，并容易产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷，特别对于时效铝合金接头强度的下降问题更为严重。英国焊接研究所1991年发明的固相连接技术—搅拌摩擦焊(FSW)，则在连接铝合金方面取得了突破性的进展。在焊接过程中，加热温度低、焊材不发生熔化，可以避免熔焊方法在焊接过程中产生的缺陷，成为目前连接铝合金理想的焊接方法。虽然搅拌摩擦焊用于连接铝合金有很多优点，但是焊缝的性能也依赖于焊接参数，当热输入不足或者尺寸偏差较大的情况下，有可能会出现结合不良、甚至隧道型缺陷，这些缺陷对产品的疲劳性能等有较大的影响。为了改善铝合金搅拌摩擦焊接头的性能，传统的搅拌摩擦焊缝有采用焊后热处理来提高性能的，其焊后热处理的方式一般为直接高温加热，但是这种方法对大型件存在困难。
鉴于此提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法。
为了实现该目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法，在搅拌摩擦焊完成后，选用短针或无针搅拌头并施加一定的轴向力紧压在搅拌摩擦焊接头区域，然后搅拌头旋转，在一定的转速和行进速度下，沿着焊缝区域运行至少一遍，通过搅拌头的摩擦使焊缝区域温度升高，以进行时效处理。
进一步，在调修过程中，所述搅拌头的转速和行进速度大于焊接过程中的搅拌头的转速和行进速度。
进一步，所述搅拌头与焊接材料摩擦产生的温度低于搅拌摩擦焊的焊接温度。
进一步，所述搅拌头与焊缝区域摩擦产生的温升控制在不超过250摄氏度。
进一步，所述搅拌头与焊缝区域摩擦产生的温升范围在80-200摄氏度。
进一步，所述选用的短针搅拌头的短针长度不超过0.5mm，选用的无针搅拌头为带有螺纹的平针搅拌头。
进一步，在调修过程中，所述短针或无针搅拌头的运行范围至少覆盖焊接工件的焊核区、热机影响区和热影响区。
进一步，所述搅拌头的轴肩下压量为0～0.1mm，搅拌头的转速范围为1200～1600r/min，搅拌头的行进速度为1500～2200mm/min。
采用本发明所述的技术方案后，带来以下有益效果：
本发明利用摩擦产生的热量对焊缝区域进行了一次快速热处理，合理的温升可以部分释放搅拌摩擦焊产生的焊接应力，对于降低疲劳裂纹在细晶区的扩展速率是有益的；同时对焊核区进行了快速时效处理，加速焊核区固溶元素的时效析出；同时借助轴肩的下压作用，可对部分微缺陷进行焊合，可有效改善焊接接头的疲劳强度，相对于传统焊后热处理，本发明具有高效、工艺精简、效果显著等优点。
附图说明
图1：本发明的原理图；
其中：1、焊接工件 2、搅拌头 3、焊缝区域 21、轴肩 22、搅拌针。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
如图1所示，一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法，尤其是一种铝合金搅拌摩擦焊的焊后调修方法，其过程为：在搅拌摩擦焊完成后，选用短针或无针搅拌头2并施加一定的轴向力紧压在搅拌摩擦焊接头区域，然后搅拌头2旋转，在一定的转速和行进速度下，沿着焊缝区域3运行至少一遍，通过搅拌头2的摩擦使焊缝区域3温度升高，以进行时效处理。
优选地，在调修过程中，所述短针或无针搅拌头2的运行范围至少覆盖焊接工件的焊核区、热机影响区和热影响区。在搅拌头2的轴肩21宽度小于焊缝宽度时，可以运行多遍，以使搅拌头2的运行范围覆盖整个焊接区，最终目的是轴肩21的下压力要作用在焊核区、热机影响区和热影响区。
所述焊核区位于焊缝中心靠近搅拌针22插入的位置，经历了高温应变后，焊核的中心发生了强烈的变形。焊核区一般由细小的等轴再结晶组织构成。所述热机影响区是一个过渡区域，材料已产生了一定程度的塑性变形，同时又受到了焊接温度场的影响。所述热影响区的材料因受焊接热循环的影响，微观组织和力学性能均发生了改变，但该区域没有产生塑性变形，其组织与母材组织无明显区别。
优选地，在调修过程中，所述搅拌头2的转速和行进速度大于焊接过程中的搅拌头的转速和行进速度。
所述搅拌头2与焊接材料摩擦产生的温度低于搅拌摩擦焊的焊接温度。具体地，所述搅拌头2与焊缝区域摩擦产生的温升控制在不超过250摄氏度，优选地温升范围在80-200摄氏度。短针或无针搅拌头2的作用是为了有足够摩擦力而产生温升，以对焊缝区域进行热处理，并非是对铝合金进行搅拌，这也是调修过程与焊接过程的主要区别，通过调整搅拌调修参数(搅拌头2的转速、行进速度和下压力)来控制铝合金焊接接头的温升。足够的轴肩下压力除了保证搅拌头2与焊接工件良好接触外另一方面也是为了修复因热输入不足产生的微缺陷。
优选地，所述选用的短针搅拌头2的搅拌针22长度不超过0.5mm。
优选地，选用的无针搅拌头2为带有螺纹的平针搅拌头2。
所述搅拌头2的轴肩下压量为0～0.1mm，搅拌头2的转速范围为1200～1600r/min，搅拌头2的行进速度为1500～2200mm/min。
实施例一
焊接设备采用国产动龙门式数控搅拌摩擦焊机。试验材料为4mm的6005A-T6型材，搅拌摩擦焊参数为转速1400r/min，焊接速度600mm/min。摩擦调修采用短针搅拌头2，短针的长度为0.2mm，在已经焊接成型的焊缝上重新摩擦一遍，其调修参数为转速1600r/min，行进速度2000mm/min，轴肩下压量0.1mm。搅拌摩擦焊态的平均抗拉强度为168.75MPa，调修后的抗拉强度为176MPa。疲劳实验的结果表明搅拌摩擦焊焊态的疲劳极限值为96.29MPa，而调修后的疲劳极限为105.2MPa。即通过摩擦调修后可有效改善焊接接头的疲劳强度。
实施例二
焊接设备采用静龙门式数控搅拌摩擦焊机，试验材料采用15mm厚7N01P-T4板材，接头形式为对接接头。搅拌摩擦焊参数为转速250～400r/min,焊接速度100～400mm/min。摩擦调修采用无针带有顺时针螺纹槽的平头搅拌头2，在已经焊接成型的焊缝上重新摩擦一遍，其调修参数为转速1600r/min，调修速度1000～2000mm/min，轴肩下压量0.2mm。搅拌摩擦焊态的平均抗拉强度为350.2MPa，调修后的抗拉强度367.7MPa。疲劳实验的结果表明搅拌摩擦焊焊态的疲劳极限值为117MPa，而调修后的疲劳极限为125MPa。
以上所述为本发明的实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法，其特征在于，在搅拌摩擦焊完成后，选用短针或无针搅拌头并施加一定的轴向力紧压在搅拌摩擦焊接头区域，然后搅拌头旋转，在一定的转速和行进速度下，沿着焊缝区域运行至少一遍，通过搅拌头的摩擦使焊缝区域温度升高，以进行时效处理。
2.根据权利要求1所述的一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法，其特征在于：在调修过程中，所述搅拌头的转速和行进速度大于焊接过程中的搅拌头的转速和行进速度。
3.根据权利要求1所述的一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法，其特征在于：所述搅拌头与焊接材料摩擦产生的温度低于搅拌摩擦焊的焊接温度。
4.根据权利要求3所述的一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法，其特征在于：所述搅拌头与焊缝区域摩擦产生的温升控制在不超过250摄氏度。
5.根据权利要求4所述的一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法，其特征在于：所述搅拌头与焊缝区域摩擦产生的温升范围在80-200摄氏度。
6.根据权利要求1所述的一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法，其特征在于：所述选用的短针搅拌头的短针长度不超过0.5mm，选用的无针搅拌头为带有螺纹的平针搅拌头。
7.根据权利要求1所述的一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法，其特征在于：在调修过程中，所述短针或无针搅拌头的运行范围至少覆盖焊接工件的焊核区、热机影响区和热影响区。
8.根据权利要求1所述的一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法，其特征在于：所述搅拌头的轴肩下压量为0～0.1mm，搅拌头的转速范围为1200～1600r/min，搅拌头的行进速度为1500～2200mm/min。
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