CN112213170A - 一种搅拌摩擦焊典型缺陷试块制作方法 - Google Patents

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沙正骁
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Abstract

本发明属于无损检测领域，涉及一种搅拌摩擦焊典型缺陷试块制作方法。制作搅拌摩擦焊典型缺陷试块的步骤包括：制作搅拌头的选材与设计；试块制作准备；设置焊接工艺参数并进行金相验证；按照已验证工艺参数得到典型缺陷试块。通过本方法制作的典型缺陷试块有利于对搅拌摩擦焊零件的微观焊接缺陷的无损检测能力进行验证。搅拌摩擦焊典型缺陷试块制作方法实现了可用于验证搅拌摩擦焊缺陷检测的缺陷类型可控的试块制作。

Description

一种搅拌摩擦焊典型缺陷试块制作方法
技术领域
本发明涉及一种搅拌摩擦焊典型缺陷试块制作方法，属于无损检测领域。
背景技术
近来年，随着我国民用飞机的快速发展，我国民用飞机及发动机上也广泛开展了固相焊接技术研究。搅拌摩擦焊是固相焊接技术的一种，在航空航天有大量应用。如美国Eclipse公司的公务机，波音公司的Delta II，IV的火箭和C17，NASA的太空梭外舱等均为铝合金搅拌摩擦焊结构。搅拌摩擦焊由于缺陷取向复杂、紧贴、细微，使对其中的冶金缺陷进行检测。
常规方法中，一种是通过机加在试块中设置人工缺陷，另一种是在试块中设置冷喷涂人工缺陷。
在超声检测中所用的试块，应具有试块上的缺陷形式应能代表被检件上的缺陷的特点。现有的对比试块，无论其是通过机械加工还是通过电化学或电火花刻伤得到的人工缺陷，其缺陷的声阻抗界面均为金属-空气，无法代表搅拌摩擦焊的孔洞、隧道类缺陷以及未焊透、弱结合界面。因此，需要制作一种新的搅拌摩擦焊典型缺陷试块试块。针对人工缺陷对比试块缺陷与实际缺陷声阻抗界面存在差异，而无法作为特定缺陷类型试块使用；研究针对搅拌摩擦焊典型缺陷试块制作的方法，其目的是为搅拌摩擦焊缺陷提供的一种缺陷类型可控的检测用试块，验证搅拌摩擦焊超声检测的可靠性与准确性。
现有方法中的人工缺陷并不能完全模拟或体现搅拌摩擦焊中典型缺陷的声阻抗界面差异。
针对该问题，本发明提出了搅拌摩擦焊典型缺陷试块制作方法，实现了超声检测对于实际缺陷检测能力的验证，有效提高搅拌摩擦焊检测的准确性和可靠性，具有很大的实际应用前景。
发明内容
本发明的目的是：提供制作搅拌摩擦焊典型缺陷试块的方法，实现超声检测对于实际缺陷检测能力进行验证。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一种搅拌摩擦焊典型缺陷试块的制作方法，所述搅拌摩擦焊典型缺陷试块的制作方法通过设置焊接工艺参数并进行金相验证，然后按照已验证工艺参数得到典型缺陷试块。
所述搅拌摩擦焊典型缺陷试块的制作方法包含以下步骤：
步骤一、搅拌头的选材：
按搅拌摩擦焊的过程中搅拌头受到试块反作用力的特点，选择搅拌头的结构外形；根据焊接温度、被焊材料、耐磨性、耐冲击性、易加工性，确定搅拌头材料；
步骤二、试块制作准备：
将被焊材料剪裁成所需规格大小，打掉待焊接面及附近范围表面氧化皮，
利用夹具将两块被焊材料装夹固定，焊接前将搅拌头对准焊缝的中心进行校准；
步骤三、设置焊接工艺参数并进行金相验证：
按照所需制作的缺陷类型不同，设置焊接工艺参数，对验证材料进行焊接，并通过金相观察确定该工艺参数下可以得到所需类型的典型缺陷；
步骤四、按照已验证工艺参数得到典型缺陷试块：
根据金相验证结果，针对不同类型的缺陷，调整焊接工艺参数，如下：
对孔洞、隧道类缺陷，调整搅拌头旋转速度及焊接速度；
对根部未焊透、根部弱结合类缺陷，调整搅拌头压入量及搅拌针尺寸。
所述步骤三具体参数设置根据缺陷类型不同，做如下选择：
针对搅拌摩擦焊孔洞型和隧道型缺陷，搅拌头旋转速度低于800r/min，焊接速度高于300mm/min。
针对搅拌摩擦焊根部未焊透和根部弱结合缺陷，搅拌头压入量低于0.15mm，搅拌针尺寸与被焊材料板厚差大于0.2mm。
优选地，所述步骤二还包含在被焊材料固定前对被焊材料进行清洗的步骤。优选地，可利用丙酮清洗被焊材料表面，清除油污。
典型缺陷试块厚度与被焊材料厚度一致。
优选地，搅拌头材料为H13热作模具用钢。
本发明具有的优点和有益效果是：
本发明通过控制搅拌摩擦焊工艺参数，实现典型焊接缺陷试块的可控制作，实现了超声检测对于实际缺陷检测能力的验证，有效提高搅拌摩擦焊检测的准确性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为搅拌头的结构外形示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。
在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。
本发明通过调整搅拌头旋转速度及焊接速度，得到孔洞、隧道类缺陷试块；通过调整搅拌头压入量及搅拌针尺寸，得到根部未焊透、根部弱结合缺陷试块，实现可用于超声检测的搅拌摩擦焊典型缺陷试块制作。
试块制作步骤如下：
步骤一：搅拌头的选材与设计；
按搅拌摩擦焊的过程中搅拌头受到试块反作用力的特点，设计搅拌头的结构外形尺寸，如图1所示，搅拌针长1.7mm、端部直径2mm、根部直径3.5mm，搅拌针为不带螺纹的锥状搅拌针。根据焊接温度(400～480℃)、被焊材料(1.8mm厚铝合金板材)、确定搅拌头材料信息：经过热处理后的H13热作模具用钢，搅拌头具有耐磨性、耐冲击性、易加工性。
步骤二：试块制作准备；
将被焊材料剪裁成所需规格大小(400*100mm)，打掉待焊接面及附近范围表面氧化皮，丙酮清洗表面，清除油污。利用夹具将两块带焊接的铝板装夹固定，焊接前将搅拌头对准焊缝的中心进行校准。
步骤三：设置焊接工艺参数并进行金相验证；
针对不同缺陷类型制作了多种试块：试块A试块B。
按照所需制作的典型缺陷类型不同，设置焊接工艺参数，对验证材料进行焊接，并通过金相观察确定该工艺参数下可以得到所需类型的典型缺陷。
将搅拌头旋转速度设置为600r/min，焊接速度设置为300mm/min，制作具有搅拌摩擦焊孔洞型和隧道型缺陷试块。
将搅拌头压入量设置为0.20mm，搅拌针尺寸与板厚差等于0.18mm，制作具有搅拌摩擦焊根部未焊透和根部弱结合缺陷试块。
步骤四：按照已验证工艺参数得到典型缺陷试块。
根据金相验证结果，验证结果未出现孔洞、隧道类缺陷时，提升焊接速度，每次速度提高50mm/min，直至金相验证结果得到孔洞、隧道类缺陷，最终采用该工艺得到孔洞、隧道类缺陷试块A；
根据金相验证结果，验证结果未出现根部未焊透、根部弱结合类缺陷时，降低搅拌头压入量，每次降低0.01mm，直至金相验证结果得到根部未焊透、根部弱结合缺陷，最终采用该工艺得到根部未焊透、根部弱结合类缺陷试块B。
综上可得，本发明通过上述实施例，实现典型焊接缺陷试块的可控制作，实现了超声检测对于实际缺陷检测能力的验证，有效提高搅拌摩擦焊检测的准确性和可靠性。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种搅拌摩擦焊典型缺陷试块的制作方法，其特征在于，所述搅拌摩擦焊典型缺陷试块的制作方法通过设置焊接工艺参数并进行金相验证，然后按照已验证工艺参数得到典型缺陷试块。
2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊典型缺陷试块的制作方法，其特征在于，所述搅拌摩擦焊典型缺陷试块的制作方法包含以下步骤：
步骤一、搅拌头的选材：
按搅拌摩擦焊的过程中搅拌头受到试块反作用力的特点，选择搅拌头的结构外形；根据焊接温度、被焊材料，确定搅拌头材料；
步骤二、试块制作准备：
将被焊材料剪裁成所需规格大小，打掉待焊接面及附近范围表面氧化皮，
利用夹具将两块被焊材料装夹固定，焊接前将搅拌头对准焊缝的中心进行校准；
步骤三、设置焊接工艺参数并进行金相验证：
按照所需制作的缺陷类型不同，设置焊接工艺参数，对验证材料进行焊接，并通过金相观察确定该工艺参数下可以得到所需类型的典型缺陷；
步骤四、按照已验证工艺参数得到典型缺陷试块：
根据金相验证结果，针对不同类型的缺陷，调整焊接工艺参数，如下：
对孔洞、隧道类缺陷，调整搅拌头旋转速度及焊接速度；
对根部未焊透、根部弱结合类缺陷，调整搅拌头压入量及搅拌针尺寸。
3.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊典型缺陷试块的制作方法，其特征在于，步骤三具体参数设置如下：
针对搅拌摩擦焊孔洞型和隧道型缺陷，搅拌头旋转速度低于800r/min，焊接速度高于300mm/min。
4.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊典型缺陷试块的制作方法，其特征在于，步骤三具体参数设置如下：
针对搅拌摩擦焊根部未焊透和根部弱结合缺陷，搅拌头压入量低于0.15mm，搅拌针尺寸与被焊材料板厚差大于0.2mm。
5.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊典型缺陷试块的制作方法，其特征在于，步骤二还包含在被焊材料固定前对被焊材料进行清洗的步骤。
6.根据权利要求5所述的搅拌摩擦焊典型缺陷试块的制作方法，其特征在于，利用丙酮清洗被焊材料表面，清除油污。
7.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊典型缺陷试块的制作方法，其特征在于，典型缺陷试块厚度与被焊材料厚度一致。
8.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊典型缺陷试块的制作方法，其特征在于，所述搅拌头材料为H13热作模具用钢。
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