CN117066814A - 一种搅拌摩擦焊缺陷修补方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接技术领域，具体是一种搅拌摩擦焊缺陷修补方法，包括：对搅拌摩擦焊缺陷进行机械加工；利用MIG对经过机械加工的搅拌摩擦焊缺陷进行修复；其中，所述MIG的焊接电流为195A±5％，焊接电压为24V，干伸长量为‑2mm，焊接速度为5.5mm/min；MIG设备的轴肩为16mm，搅拌头下压转速为2300r/min，搅拌头下压速度为20r/min，停留时间为2s，搅拌头旋转速度为2300r/min±2％，搅拌头焊接速度为1000mm/min±2％，焊速为600mm/min。本发明提供的搅拌摩擦焊缺陷修补方法，能够解决因搅拌摩擦焊缺陷造成的产品可靠性下降、性能变差问题。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体是一种搅拌摩擦焊缺陷修补方法。
背景技术
目前，我国轨道交通行业正处于飞速发展中。轨道交通运输在客运和货运中都占据着举足轻重的地位。近些年，高速铁路发发展迅速，高速列车技术不断发展，对车体材料和结构的要求也越来越高。铝合金因其具有轻量化、强度较高、刚度较高和耐腐蚀性好等特点，符合高速列车的需求，因此成为制造高速列车车体的主要材料。由于铝合金车体结构在焊接过程中使用传统的熔化焊方法易出现气孔、裂纹等缺陷，而搅拌摩擦焊由于是固态焊接技术，焊接过程中不会出现材料熔化现象，亦很少出现气孔、裂纹、夹杂等缺陷，因此被认为是传统熔化焊方法的一种有效替代。
鉴于搅拌摩擦焊固相塑性连接、低应力、无变形、单道一次焊透、低能耗并可焊接各系列铝合金等突出的工艺特点，尤其是适于大尺寸铝合金板材的优质高效拼焊。对于非热处理强化铝合金，其焊态接头强度系数≥母材本体，对于热处理强化铝合金，其焊态接头强度系数≥母材本体72％。采用搅拌摩擦焊以小拼大，可以有效解决毛坯规格不够以及机械连接所带来的结构性能质量难题，同时还可以减少结构制造中的材料损耗和数控加工工作量，提高制造效率并降低成本。
然而，对于搅拌摩擦焊所造成的各种缺陷，尚没有针对性的修复方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种搅拌摩擦焊缺陷修补方法，能够针对搅拌摩擦焊缺陷进行修复，解决因搅拌摩擦焊缺陷造成的产品可靠性下降、性能变差问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种搅拌摩擦焊缺陷修补方法，包括：
对搅拌摩擦焊缺陷进行机械加工；
利用MIG对经过机械加工的搅拌摩擦焊缺陷进行修复；
其中，所述MIG的焊接电流为195A±5％，焊接电压为24V，干伸长量为-2mm，焊接速度为5.5mm/min；MIG设备的轴肩为16mm，搅拌头下压转速为2300r/min，搅拌头下压速度为20r/min，停留时间为2s，搅拌头旋转速度为2300r/min±2％，搅拌头焊接速度为1000mm/min±2％，焊速为600mm/min。
进一步的，利用TIG对进过机械加工的搅拌摩擦焊缺陷进行修复；其中，所述TIG的焊接电流为180A±5％，焊接电压为24V，焊接速度为4.5mm/min。
进一步的，所述搅拌摩擦焊缺陷包括：焊缝飞边、焊缝表面沟槽深度过大、焊缝表面塌陷及下凹过大、焊缝隧道型缺陷及焊缝夹杂物缺陷。
进一步的，所述搅拌摩擦焊缺陷还包括压力过小造成焊缝根部未形成连接或不完全连接导致的焊缝根部未熔合。
进一步的，利用更换搅拌针后的搅拌摩擦焊设备对所述搅拌摩擦焊缺陷直接进行修复；
当焊接4mm厚板对接时，若待焊板材带有0.2mm凸台，则更换4mm针长尺寸的搅拌针；
当焊接4mm厚板对接时，若待焊板材不带凸台，则更换3.8mm针长尺寸的搅拌针；
当焊接材料为型材并采用对搭接时，要求4mm熔深并带有0.2mm凸台，则更换5.5mm针长尺寸的搅拌针；
其中，所述搅拌摩擦焊缺陷为搅拌针尺寸选择不当造成焊缝根部未形成连接或不完全连接导致的焊缝根部未熔合。
进一步的，重新校核搅拌针与焊缝中心线的相对位置，控制搅拌针相对于焊缝中心线的偏移量小于或等于搅拌针轴肩尺寸的1/3，利用重新校核后的搅拌摩擦焊设备对所述搅拌摩擦焊缺陷直接进行修复；其中，所述搅拌摩擦焊缺陷为搅拌针偏离焊缝中心线造成焊缝横向偏移导致的相对或换算熔深不足。
进一步的，利用原位FSSW对搅拌摩擦焊缺陷进行修复，其中，所述搅拌摩擦焊缺陷为局部微裂纹或局部孔洞构成的小尺寸点状缺陷；
利用排挖+同质焊丝固相填丝+FSSW对搅拌摩擦焊缺陷进行修复，其中，所述搅拌摩擦焊缺陷为局部沟槽或小尺寸匙孔构成的小尺寸点状缺陷。
进一步的，利用排挖+MIG/TIG+FSSW对搅拌摩擦焊缺陷进行修复，其中，所述搅拌摩擦焊缺陷为局部裂纹或大尺寸匙孔构成的大尺寸点状缺陷；
利用清根+MIG/TIG+FSSW对搅拌摩擦焊缺陷进行修复，其中，所述搅拌摩擦焊缺陷为表面沟槽构成的大尺寸点状缺陷。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的搅拌摩擦焊缺陷修补方法，能够针对搅拌摩擦焊的各种不同缺陷类型进行修复，操作简单，能够解决因搅拌摩擦焊的各种不同缺陷类型造成的产品可靠性下降、性能变差等直接影响焊缝质量而影响到整个焊接结构的问题，同时为企业降低了生产成本和财产损失。
附图说明
图1为本发明实施例提供的焊缝飞边示意图；
图2为本发明实施例提供的焊缝表面沟槽示意图；
图3为本发明实施例提供的焊缝表面塌陷示意图；
图4为本发明实施例提供的焊缝隧道型缺陷示意图，图4中，l为隧道缺陷长度，d为隧道缺陷最大宽度；
图5为本发明实施例提供的焊缝夹杂物缺陷示意图，图5中，1为夹杂物，2为焊缝；
图6为本发明实施例提供的焊缝根部未熔合示意图，图6中，1为母材，2为焊缝，a为剩余接合面，b为未焊透部分；
图7为本发明实施例提供的焊缝横向偏移示意图，图7中，1为工件，2为搅拌头，3为搅拌针，a为搅拌头旋转方向，b为偏移量，c为焊接前接合处的位置；
图8为本发明实施例提供的开槽示意图；
图9为本发明实施例提供的焊缝根部未熔合重新焊接示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制，在不冲突的情况下，本专利实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
搅拌摩擦焊缺陷主要包括焊缝飞边(焊缝减薄量过大)(如图1所示)、表面沟槽深度过大(一般大于1mm以上)(如图2所示)、焊缝表面塌陷及下凹过大(如图3所示)、焊缝隧道型缺陷(如图4所示)及焊缝夹杂物缺陷(如图5所示)等各类缺陷。
搅拌摩擦焊的各类缺陷的具体表现如下：在搅拌摩擦焊焊接过程中沿着焊缝边缘挤出的材料(如图1所示)；焊缝正面形成的犁沟状焊接缺陷(如图2所示)；焊接过程中，搅拌头的轴肩最低点压入母材表面的深度过大使得焊缝表面低于母材表面的现象(如图3所示)；沿焊接方向塑性金属流动未填满焊缝形成的类似隧道的孔洞(如图4所示，图4中，l为隧道缺陷长度，d为隧道缺陷最大宽度)；焊缝中残留的不同于焊缝金属的其他固体(如图5所示，图5中，1为夹杂物，2为焊缝)；搅拌针尺寸选择不当或焊接设备压力过小造成焊缝根部未形成连接或不完全连接导致的焊缝根部未熔合(如图6所示，图6中，1为母材，2为焊缝，a为剩余接合面，b为未焊透部分)；搅拌针偏离焊缝中心线造成焊缝横向偏移等现象导致的相对或换算熔深不足(如图7所示，图7中，1为工件，2为搅拌头，3为搅拌针，a为搅拌头旋转方向，b为搅拌针相对于焊缝中心线的偏移量，c为焊接前接合处的位置)，焊接完成后，焊缝熔深小于要求(或规定)的深度或表面及断面缺陷时，通常在该区域存在塑性变形，材料间紧密接触但并未形成有效深度或损伤。
当出现以上缺陷之一或多种以上缺陷叠加时，本实施例提供以下针对性修复方法。
本发明的一个实施例中，对搅拌摩擦焊缺陷进行机械加工；利用MIG对经过机械加工的搅拌摩擦焊缺陷进行修复。
本实施例中，MIG的焊接电流为195A±5％，焊接电压为24V，干伸长量为-2mm，焊接速度为5.5mm/min；MIG设备的轴肩为16mm，搅拌头下压转速为2300r/min，搅拌头下压速度为20r/min，停留时间为2s，搅拌头旋转速度为2300r/min±2％，搅拌头焊接速度为1000mm/min±2％，焊速为600mm/min。
本实施例中，搅拌摩擦焊缺陷包括焊缝飞边、焊缝表面沟槽深度过大、焊缝表面塌陷及下凹过大、焊缝隧道型缺陷及焊缝夹杂物缺陷。
本发明的一个实施例中，利用TIG对进过机械加工的搅拌摩擦焊缺陷进行修复。
本实施例中，TIG的焊接电流为180A±5％，焊接电压为24V，焊接速度为4.5mm/min。
本实施例中，搅拌摩擦焊缺陷包括焊缝飞边、焊缝表面沟槽深度过大、焊缝表面塌陷及下凹过大、焊缝隧道型缺陷及焊缝夹杂物缺陷，还包括压力过小造成焊缝根部未形成连接或不完全连接导致的焊缝根部未熔合。
本发明的一个实施例中，利用更换搅拌针后的搅拌摩擦焊设备对搅拌摩擦焊缺陷直接进行修复；当焊接4mm厚板对接时，若待焊板材带有0.2mm凸台，则更换4mm针长尺寸的搅拌针；当焊接4mm厚板对接时，若待焊板材不带凸台，则更换3.8mm针长尺寸的搅拌针；当焊接材料为型材并采用对搭接时，要求4mm熔深并带有0.2mm凸台，则更换5.5mm针长尺寸的搅拌针。
本实施例中，搅拌摩擦焊缺陷为搅拌针尺寸选择不当造成焊缝根部未形成连接或不完全连接导致的焊缝根部未熔合。
本发明的一个实施例中，重新校核搅拌针与焊缝中心线的相对位置，控制搅拌针相对于焊缝中心线的偏移量小于或等于搅拌针轴肩尺寸的1/3，利用重新校核后的搅拌摩擦焊设备对搅拌摩擦焊缺陷直接进行修复。
本实施例中，搅拌摩擦焊缺陷为搅拌针偏离焊缝中心线造成焊缝横向偏移导致的相对或换算熔深不足。
本发明的一个实施例中，利用原位FSSW对搅拌摩擦焊缺陷进行修复，其中，搅拌摩擦焊缺陷为局部微裂纹或局部孔洞构成的小尺寸点状缺陷；利用排挖+同质焊丝固相填丝+FSSW对搅拌摩擦焊缺陷进行修复，其中，搅拌摩擦焊缺陷为局部沟槽或小尺寸匙孔构成的小尺寸点状缺陷。
本发明的一个实施例中，利用排挖+MIG/TIG+FSSW对搅拌摩擦焊缺陷进行修复，其中，搅拌摩擦焊缺陷为局部裂纹或大尺寸匙孔构成的大尺寸点状缺陷；利用清根+MIG/TIG+FSSW对搅拌摩擦焊缺陷进行修复，其中，搅拌摩擦焊缺陷为表面沟槽构成的大尺寸点状缺陷。
本发明的一个实施例中，针对搅拌摩擦焊缺陷进行修复具体包括如下步骤：
步骤1：结合图1、图2，针对焊缝减薄量过大及表面沟槽深度＞1mm时，先去除焊缝周边过量材料，再用铣刀对焊缝表面沟槽及缺陷发生时设备暂定留下的匙孔进行开槽，形成60°～70°坡口，开槽深度不小于该焊缝的设计熔深，如图8所示。
步骤2：利用丙酮和不锈钢碗刷对待焊接区域进行清洗和去除氧化膜，采用熔化焊对减薄量过大及表面沟槽深度＞1mm区域，采用合理焊接工艺规程(WPS)进行修补，修补后对焊缝进行表面处理和无损探伤。
步骤3：当焊缝有美观或成型一致性要求时，可采用矫形专用搅拌头对焊缝外观成型进行焊接修复。
步骤4：结合图3，针对搅拌摩擦焊焊缝表面塌陷下凹过大，先用铣刀对焊缝塌陷及匙孔进行坡口处理，坡口深度不小于该焊缝的设计熔深，再按照步骤2对待修补区域进行焊接与检查，如若需要可在执行完步骤2后实施步骤3。
步骤5：结合图4、图5，针对焊缝隧道型缺陷和焊缝夹杂物缺陷，可先利用旋转锉等工具对缺陷部位进行缺陷排挖，再用铣刀对焊缝表面沟槽及缺陷发生时设备暂定留下的匙孔进行开槽，形成60°～70°坡口，开槽深度不小于该焊缝的设计熔深，如图8所示，完毕后再按照步骤2对待修补区域进行焊接与检查，如若需要可在执行完步骤2后实施步骤3。
步骤6：结合图6、图7，针对焊缝中出现的根部未熔合及焊缝横向偏移缺陷，采用搅拌摩擦焊设备及工艺，使搅拌头轴线对准焊缝中线进行重新焊接，如图9所示。
步骤7：焊接前，首先利用丙酮和不锈钢碗刷对缺陷待焊接区域进行清洗和去除氧化膜，修复后对焊缝进行表面处理和无损探伤。
步骤8：焊缝在进行中出现设备暂停时，焊缝中出现的匙孔，采用原母材对匙孔进行填充后，直接进行设备修复焊接。
本实施例的具体实施过程中，从补焊焊缝性能的角度来看，焊接修补尺寸不易超过2次。同时本实施例提供的搅拌摩擦焊缺陷修补方法不仅适用于铝合金材料，对其它搅拌摩擦焊材料也适用。
本实施例提供的搅拌摩擦焊缺陷修补方法，能够针对搅拌摩擦焊的各种不同缺陷类型进行修复，操作简单，能够解决因搅拌摩擦焊的各种不同缺陷类型造成的产品可靠性下降、性能变差等直接影响焊缝质量而影响到整个焊接结构的问题，同时为企业降低了生产成本和财产损失。
以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (8)
1.一种搅拌摩擦焊缺陷修补方法，其特征在于，包括：
对搅拌摩擦焊缺陷进行机械加工；
利用MIG对经过机械加工的搅拌摩擦焊缺陷进行修复；
其中，所述MIG的焊接电流为195A±5％，焊接电压为24V，干伸长量为-2mm，焊接速度为5.5mm/min；MIG设备的轴肩为16mm，搅拌头下压转速为2300r/min，搅拌头下压速度为20r/min，停留时间为2s，搅拌头旋转速度为2300r/min±2％，搅拌头焊接速度为1000mm/min±2％，焊速为600mm/min。
2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊缺陷修补方法，其特征在于，利用TIG对进过机械加工的搅拌摩擦焊缺陷进行修复；其中，所述TIG的焊接电流为180A±5％，焊接电压为24V，焊接速度为4.5mm/min。
3.根据权利要求1或2任一项所述的搅拌摩擦焊缺陷修补方法，其特征在于，所述搅拌摩擦焊缺陷包括：焊缝飞边、焊缝表面沟槽深度过大、焊缝表面塌陷及下凹过大、焊缝隧道型缺陷及焊缝夹杂物缺陷。
4.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊缺陷修补方法，其特征在于，所述搅拌摩擦焊缺陷还包括压力过小造成焊缝根部未形成连接或不完全连接导致的焊缝根部未熔合。
5.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊缺陷修补方法，其特征在于，利用更换搅拌针后的搅拌摩擦焊设备对所述搅拌摩擦焊缺陷直接进行修复；
当焊接4mm厚板对接时，若待焊板材带有0.2mm凸台，则更换4mm针长尺寸的搅拌针；
当焊接4mm厚板对接时，若待焊板材不带凸台，则更换3.8mm针长尺寸的搅拌针；
当焊接材料为型材并采用对搭接时，要求4mm熔深并带有0.2mm凸台，则更换5.5mm针长尺寸的搅拌针；
其中，所述搅拌摩擦焊缺陷为搅拌针尺寸选择不当造成焊缝根部未形成连接或不完全连接导致的焊缝根部未熔合。
6.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊缺陷修补方法，其特征在于，重新校核搅拌针与焊缝中心线的相对位置，控制搅拌针相对于焊缝中心线的偏移量小于或等于搅拌针轴肩尺寸的1/3，利用重新校核后的搅拌摩擦焊设备对所述搅拌摩擦焊缺陷直接进行修复；其中，所述搅拌摩擦焊缺陷为搅拌针偏离焊缝中心线造成焊缝横向偏移导致的相对或换算熔深不足。
7.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊缺陷修补方法，其特征在于，利用原位FSSW对搅拌摩擦焊缺陷进行修复，其中，所述搅拌摩擦焊缺陷为局部微裂纹或局部孔洞构成的小尺寸点状缺陷；
利用排挖+同质焊丝固相填丝+FSSW对搅拌摩擦焊缺陷进行修复，其中，所述搅拌摩擦焊缺陷为局部沟槽或小尺寸匙孔构成的小尺寸点状缺陷。
8.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊缺陷修补方法，其特征在于，利用排挖+MIG/TIG+FSSW对搅拌摩擦焊缺陷进行修复，其中，所述搅拌摩擦焊缺陷为局部裂纹或大尺寸匙孔构成的大尺寸点状缺陷；
利用清根+MIG/TIG+FSSW对搅拌摩擦焊缺陷进行修复，其中，所述搅拌摩擦焊缺陷为表面沟槽构成的大尺寸点状缺陷。
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