RU2742543C1 - Method for repairing a near-surface defect in an aluminum-based alloy - Google Patents

Method for repairing a near-surface defect in an aluminum-based alloy Download PDF

Info

Publication number
RU2742543C1
RU2742543C1 RU2020114876A RU2020114876A RU2742543C1 RU 2742543 C1 RU2742543 C1 RU 2742543C1 RU 2020114876 A RU2020114876 A RU 2020114876A RU 2020114876 A RU2020114876 A RU 2020114876A RU 2742543 C1 RU2742543 C1 RU 2742543C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tool
rod
aluminum
cavity
aluminum alloy
Prior art date
Application number
RU2020114876A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Вячеславович Курынцев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority to RU2020114876A priority Critical patent/RU2742543C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2742543C1 publication Critical patent/RU2742543C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

FIELD: welding production.
SUBSTANCE: invention relates in particular to the technology of repairing structures made of poorly and fairly welded aluminum alloys. A method for repairing a near-surface defect in an aluminum-based alloy structure by heating by friction includes rotating a tool consisting of a hollow steel rod, in the cavity of which an aluminum alloy filler rod is placed with the ratio of the cross-sectional area of ​​the steel rod to the same of ​​the aluminum alloy filler rod of 5/1, establishment of mechanical contact between the surface of the restored structure and the end of the rotating tool and the implementation of friction to heat the filler rod made of aluminum alloy and transfer it to a viscous fluid state, while the temperature in the friction zone of the tool and the surface of the restored structure should not exceed 465 °С, then the viscous-flowing aluminum alloy filler rod is pushed out from the opposite side of the tool at a speed of 2-5 mm / min. and fill the cavity of the restored structure with it.
EFFECT: invention is aimed at improving reliability and quality of joining the metal of the filler rod with the defect cavity.
3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к технологии ремонта конструкций из плохо и удовлетворительно свариваемых алюминиевых сплавов.The invention relates to the field of welding, in particular to the technology of repairing structures made of poorly and satisfactorily welded aluminum alloys.

Известен способ закупоривания отверстия в металлической детали при помощи сварки в результате трения и использование металлического стержня и опорной детали подшипника для осуществления этого способа (патент №2377108, МПК В23К 20/12 (2006.01), опубл. 27.12.2009). Сущность способа заключается в следующем, способ закупоривания при помощи сварки трением отверстия, выполненного в металлической детали и проходящего по существу вдоль оси, причем проходное пространство по оси этого отверстия не является свободным вследствие наличия, по меньшей мере, одного препятствия на этой оси, при котором металлический стержень, проходящий по существу вдоль оси, приводят во вращательное движение относительно своей оси и вводят в упомянутое отверстие с обеспечением его приваривания в этом отверстии за счет трения, при этом ось упомянутого стержня наклоняют по отношению к оси отверстия на отличный от нуля угол (α) во избежание упомянутого препятствия.There is a known method of plugging a hole in a metal part by welding as a result of friction and the use of a metal rod and a bearing support part to implement this method (patent No. 2377108, IPC V23K 20/12 (2006.01), publ. 27.12.2009). The essence of the method consists in the following, a method for sealing a hole made in a metal part and extending substantially along the axis by friction welding, and the passage space along the axis of this hole is not free due to the presence of at least one obstacle on this axis, in which a metal rod extending substantially along the axis is rotationally driven about its axis and introduced into said hole so that it is welded in this hole by friction, while the axis of said rod is tilted relative to the axis of the hole by an angle other than zero (α ) to avoid the mentioned obstacle.

Однако, данный способ предназначен для ремонта сквозных отверстий, требует сложной оснастки для непосредственного ремонта фланца турбореактивного двигателя и опорной детали подшипника.However, this method is intended for the repair of through holes, requires complex equipment for the direct repair of the turbojet engine flange and bearing support.

Известен инструмент для сварки трением с перемешиванием (патент, полезная модель №186699, МПК В23К 20/12 (2006.01), СПК В23К 20/12 (2018.08) опубл. 29.01.2019). Полезная модель относится к области сварочного производства, а именно к вращающимся инструментам для сварки трением с перемешиванием, предпочтительно стальных заготовок. Инструмент содержит корпус, в котором с возможностью передачи продольной нагрузки и вращения установлен зонд. Зонд выполнен с полостью соосной его оси вращения, при этом в полости зонда с возможностью вращения размещен стержень, верхний конец которого выступает из зонда. Зонд и стержень выполнены с возможностью вращения с разной скоростью, для чего в корпусе с возможностью вращения параллельно оси вращения зонда установлен приводной вал, верхний конец которого выступает из полости корпуса и выполнен с возможностью подключения привода, при этом на приводном валу жестко закреплены зубчатые колеса, верхнее из которых введено в зацепление со вторым верхним зубчатым колесом, жестко закрепленным на стержне, а нижнее введено в зацепление со вторым нижним зубчатым колесом, жестко закрепленным на зонде.Known tool for friction stir welding (patent, utility model No. 186699, IPC V23K 20/12 (2006.01), SPK V23K 20/12 (2018.08) publ. 29.01.2019). The utility model relates to the field of welding, namely to rotating tools for friction stir welding, preferably steel workpieces. The tool contains a body, in which a probe is installed with the possibility of transmitting longitudinal load and rotation. The probe is made with a cavity coaxial to its axis of rotation, while a rod is rotatably placed in the probe cavity, the upper end of which protrudes from the probe. The probe and the rod are made with the possibility of rotation at different speeds, for which purpose a drive shaft is installed in the housing with the possibility of rotation parallel to the axis of rotation of the probe, the upper end of which protrudes from the cavity of the housing and is configured to connect the drive, while the gear wheels are rigidly fixed to the drive shaft, the upper one is engaged with the second upper gear wheel rigidly fixed to the rod, and the lower one is engaged with the second lower gear wheel rigidly fixed to the probe.

Однако, данный инструмент предназначен для сварки стальных заготовок встык, в частности, для повышения равномерности распределения тепловой мощности по радиусу площади контакта зонда с заготовкой за счет увеличения количества тепла, вводимого в центре сварной точки.However, this tool is intended for butt welding of steel workpieces, in particular, to increase the uniformity of the distribution of heat power along the radius of the contact area of the probe with the workpiece by increasing the amount of heat introduced in the center of the weld point.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение является создании способа ремонта приповерхностного дефекта конструкций и изделий, изготовленных из плохо свариваемых плавлением алюминиевых сплавов.The technical problem to be solved by the present invention is to create a method for repairing a near-surface defect in structures and products made from poorly fusion welded aluminum alloys.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении надежности и качества соединения металла присадочного прутка с полостью дефекта без образования трещин и пережога за счет не превышения температуры 465°С.The technical result, which the present invention is aimed at, is to improve the reliability and quality of joining the metal of the filler rod with the cavity of the defect without cracking and burnout due to not exceeding the temperature of 465 ° C.

Технический результат достигается тем, что в способе ремонта приповерхностного дефекта конструкции из сплава на основе алюминия путем нагрева за счет трения, включающем приведение во вращение инструмента, состоящего из полого стального стержня, в полости которого размещен присадочный пруток из алюминиевого сплава при соотношении площади поперечного сечения стального стержня к площади поперечного сечения присадочного прутка из алюминиевого сплава 5/1, установление механического контакта между поверхностью восстанавливаемой конструкции и торцом вращающегося инструмента и осуществление трения для нагрева присадочного прутка и перевода его в вязко текучее состояние, при этом температура в зоне трения инструмента и поверхности восстанавливаемой конструкции не должна превышать 465°С, затем выталкивают вязко текучий присадочный пруток из алюминиевого сплава с противоположной стороны инструмента со скоростью 2-5 мм/мин. и заполняют им полость восстанавливаемой конструкции. The technical result is achieved by the fact that in the method of repairing a near-surface defect in a structure made of an aluminum-based alloy by heating due to friction, including rotating a tool consisting of a hollow steel rod, in the cavity of which an aluminum alloy filler rod is placed with the ratio of the cross-sectional area of the steel rod to the cross-sectional area of the filler rod made of aluminum alloy 5/1, establishment of mechanical contact between the surface of the structure to be restored and the end of the rotating tool and the implementation of friction to heat the filler rod and transfer it to a viscous fluid state, while the temperature in the friction zone of the tool and the surface of the recovered structures should not exceed 465 ° C, then a viscous-flowing filler rod made of aluminum alloy is pushed out from the opposite side of the tool at a speed of 2-5 mm / min. and fill the cavity of the restored structure with it.

Перед приведением во вращение инструмента проводят предварительный подогрев поверхности восстанавливаемой конструкции.Before turning the tool into rotation, the surface of the restored structure is preheated.

Выталкивание присадочного алюминиевого прутка производят поршнем либо толкателем.Ejection of the filler aluminum rod is performed by a piston or a pusher.

На фигуре 1 представлена принципиальная схема осуществления способа, вид инструмента для осуществления способа сбоку.Figure 1 presents a schematic diagram of the method, a side view of the tool for implementing the method.

На фигуре 2 представлено поперечное сечение инструмента со сплошным прутком и зазором между внутренней полостью стержня инструмента и наружной поверхностью присадочного алюминиевого прутка.Figure 2 is a cross-sectional view of a solid bar tool with a gap between the inner cavity of the tool bar and the outer surface of the aluminum filler bar.

На фигуре 3 представлен процесс заполнения выдавливаемым металлом дефектной полости конструкции в продольном сечении.Figure 3 shows the process of filling the defective cavity of the structure with the extruded metal in a longitudinal section.

На фигуре 4 представлено поперечное сечение инструмента, прутка и разделки восстанавливаемой конструкции.Figure 4 shows a cross-sectional view of the tool, bar and groove of the restored structure.

На фигуре 5 представлен фрагмент поверхности восстанавливаемой конструкции и разделки дефекта, вид с верху.Figure 5 shows a fragment of the surface of the restored structure and defect cutting, top view.

Позиции на фигурах: 1 - вращающийся стержень инструмента; 2 - присадочный пруток из алюминиевого сплава; 3 - поршень или толкатель; 4 - направление приложения давления при выдавливании присадочного алюминиевого прутка; 5 - направление вращения стержня инструмента; 6 - зазор между внутренней полостью стержня инструмента и присадочного алюминиевого прутка; 7 - разделка полости дефекта; 8 - выдавливаемый металл присадочного алюминиевого прутка; 9 -направление движения инструмента вдоль полости разделки; 10 - фрагмент поперечного сечения восстанавливаемой конструкции; 11 - фрагмент поверхности восстанавливаемой конструкции, вид сверху; 12 - разделка дефекта, вид с верху; 13 - кромки разделки дефекта; 14 - радиус кромки дефекта; 15 - выдавленный металл присадочного прутка, заполнивший часть полости разделки.Positions on the figures: 1 - rotating tool rod; 2 - filler rod made of aluminum alloy; 3 - piston or pusher; 4 - direction of application of pressure during extrusion of the filler aluminum rod; 5 - direction of rotation of the tool rod; 6 - the gap between the inner cavity of the tool rod and the filler aluminum rod; 7 - cutting the defect cavity; 8 - extruded metal of the filler aluminum rod; 9 - the direction of movement of the tool along the groove cavity; 10 - a fragment of a cross-section of the restored structure; 11 - a fragment of the surface of the restored structure, top view; 12 - cutting a defect, top view; 13 - flaw groove edges; 14 - radius of the edge of the defect; 15 - extruded metal of the filler rod filling part of the groove cavity.

Сущность способа заключается в следующем. Подготавливают восстанавливаемую поверхность посредством механической разделки трещины, образуя полость разделки дефекта 7, при этом ширина полости разделки дефекта, определяемая радиусом 14, должна быть не значительно больше (максимум на 20%), чем диаметр присадочного алюминиевого прутка 2, по причине того, что в противном случае металл присадочного алюминиевого прутка 2 не сможет полностью заполнить разделку дефекта 12, в результате чего в объеме восстанавливаемой конструкции 10 могут образоваться пустоты и несплошности. Кромки начала и конца разделки 13 выполняются с радиусом 14 в продольном сечении, аналогичным радиусу присадочного алюминиевого прутка 2 в поперечном сечении или больше не более чем на 5-15 процентов. Выбирают полый стержень рабочего инструмента 1 с площадью поперечного сечения, минимум в пять раз больше площади поперечного сечения присадочного алюминиевого прутка 2. При необходимости, в зависимости от технологии, осуществляют предварительный подогрев газовой горелкой до температуры 200-250°С. Приводят во вращение полый стержень инструмента 1, доводят до скорости 300-500 оборотов в минуту, при этом обеспечивается неподвижность присадочного прутка 2, то есть вращения вокруг своей оси, и вертикальное перемещение. Постепенно устанавливают между поверхностью восстанавливаемой конструкции, в области начальной кромки, и торцом вращающегося инструмента механический контакт. В процессе трения нижней торцевой поверхности стержня инструмента 1 и поверхности восстанавливаемой конструкции выделяется тепловая энергия, которая постепенно нагревает стержень инструмента 1, поверхность восстанавливаемой конструкции и присадочный алюминиевый пруток 2, находящийся в полости стержня инструмента 1. При достижении между восстанавливаемой конструкцией и стержнем инструмента температуры 400-450°С, измеряемой на поверхности механического контакта, на присадочный алюминиевый пруток 2 прилагается давление, в направлении 4 полости восстанавливаемой конструкции со скоростью 2-5 мм/мин выталкивания присадочного алюминиевого прутка 2, определяемой экспериментально. Металл присадочного алюминиевого прутка 2, переходя в вязко текучее состояние в результате нагрева трением стержня инструмента 1 о поверхность восстанавливаемой конструкции, и под действием давления, прилагаемого в направлении 4 разделки дефекта 12 заполняет разделку полости дефекта 7. При заполнении полости дефекта непосредственно под стержнем инструмента 1, что определяется глубиной разделки, которую заполняет соответствующее количество металла выдавливаемого алюминиевого прутка 2, рассчитанное по объему прутка 2, инструмент начинает продольное движение вдоль полости разделки в направлении 9 от начальной кромки к противоположной конечной кромке. Скорость перемещения инструмента вдоль разделки рассчитывается эмпирическим путем и зависит от глубины полости разделки дефекта 7, скорости вращения стержня инструмента 1, скорости и давления подачи выдавливаемого присадочного алюминиевого прутка 2. Продольное движение стержня инструмента в направлении 9 продолжается до совмещения ближнего края внутренней полости стержня инструмента I с торцевой поверхностью конечной кромки. После чего продольное перемещение стержня инструмента 1 вдоль полости разделки прекращается, тогда как вращение стержня инструмента 1 продолжается до тех пор, пока металл алюминиевого присадочного прутка 2, находящийся в вязко текучем состоянии не начнет выдавливаться из-под стержня вращающегося инструмента 1 со стороны, противоположной конечной кромке, либо с любой другой стороны. После чего металл присадочного алюминиевого прутка 2 выдавливается с большей в 4-6 раз скоростью, относительно скорости выдавливания присадочного алюминиевого прутка 2 в процессе заполнения полости разделки дефекта 7. Одновременно с увеличением скорости выдавливания присадочного алюминиевого прутка 7, вращающийся стержень инструмента 1 поднимается над плоскостью восстанавливаемой конструкции на 5-10 мм, в результате чего прекращается механический контакт между торцевой плоскостью инструмента и восстанавливаемой конструкцией. Это приводит к снижению температуры металла присадочного алюминиевого прутка, в результате уменьшения тепловыделения при прекращении трения о поверхность восстанавливаемой конструкции. Уменьшение температуры металла присадочного алюминиевого прутка 2 приводит к переходу металла присадочного алюминиевого прутка 2 из вязко текучего состояния в менее пластичное, близкое к твердому состоянию. Так как вращение стержня инструмента 1 не прекращается, а металл присадочного алюминиевого прутка 2 не является вязким происходит разрушение металла присадочного прутка и отделение его от металла, заполнившего полость разделки дефекта 7 в вязко текучем состоянии. По вышеописанной технологии осуществляется заполнение полости разделки дефекта 7 сплавом на основе алюминия, близкого но химическому составу к основному металлу конструкции или изделия, таким образом, чтобы температура металла, заполняющего в вязко текучем состоянии полость дефекта не превышала 465°С. После отделения металла присадочного алюминиевого прутка от металла, заполнившего полость разделки дефекта, производится механическая обработка поверхности восстанавливаемой конструкции, в результате которой удаляются излишки металла присадочного прутка, заполнившего полость разделки, с целью получения бездефектного участка конструкции из плохо свариваемого плавлением алюминиевого сплава. Температурный интервал 400-450°С обеспечивает образование металлических связей выдавливаемого металла прутка в вязко текучем состоянии и металла восстанавливаемой конструкции. После охлаждения металла присадочного прутка и металла восстанавливаемой конструкции между ними образуется монолитное соединение. Устройство, предназначенное для осуществления способа, состоит из полого цилиндрического вращающегося инструмента, полость которого выполнена вдоль центральной оси и симметрично относительно оси цилиндра. Поверхность, противоположная поверхности контакта торца инструмента с поверхностью восстанавливаемой конструкции, снабжена механизмом, позволяющим производить выталкивание присадочного алюминиевого прутка. Механизм позволяет выталкивать присадочный пруток посредством толкателя или поршня с механическим, гидравлическим, пневматическим или гидропневматическим приводом. Диаметр стержня полого вращающегося инструмента должен быть больше ширины разделки в 2,5-3 раза, для обеспечения выделения достаточного количества тепла при трении о поверхность восстанавливаемого изделия. Стержень вращающегося инструмента должен быть выполнен из сплава на основе железа и быть инертным к металлу присадочного алюминиевого прутка. Диаметр внутренней полости стержня инструмента должен быть на 2-5 мм больше диаметра присадочного алюминиевого прутка, что зависит от ширины полости разделки дефекта. Присадочный пруток может быть изготовлен из свариваемых сплавов системы Al-Mg, Al-Mn, также из плохо свариваемых сплавов систем Al-Zn-Mg-Cu, Al-Cu-Mg или из чистого алюминия. Обоснование технического результата заключается в следующем. При сварке плавлением высокопрочных сплавов типа В95, Д16 происходит пережог при температуре 490-505°С, результатом чего является окисление и частичное оплавление по границам зерен, что значительно снижает прочность и пластичность свариваемого металла. Даже незначительный распад твердого раствора в процессе охлаждения с 500°С приводит к выделению интерметаллидных фаз по границам зерен и снижает сопротивление межкристаллитной коррозии. Также при сварки плавлением этих сплавов образовываются горячие трещины и пустоты, снижается стойкость к коррозии под напряжением. В предлагаемом способе предполагается, нагрев за счет трения до температур, не превышающих 465°С, что ниже температуры пережога. А процесс нагрева за счет трения сопровождается медленным нагревом и медленным естественным охлаждением, что исключает возможность повторной закалки. Данная технология ремонта приповерхностных дефектов может быть применена для восстановления геометрических размеров, герметических и механических свойств в авиационной и судостроительной промышленностях, где используются высокопрочные плохо свариваемые сплавы систем Al-Zn-Mg-Cu, Al-Cu-Mg.The essence of the method is as follows. The surface to be repaired is prepared by means of mechanical crack preparation, forming a defect groove cavity 7, while the defect groove cavity width, defined by radius 14, should not be much larger (by a maximum of 20%) than the diameter of the filler aluminum rod 2, due to the fact that in Otherwise, the metal of the filler aluminum rod 2 will not be able to completely fill the groove of the defect 12, as a result of which voids and discontinuities may form in the volume of the restored structure 10. The edges of the beginning and end of groove 13 are made with a radius of 14 in the longitudinal section, similar to the radius of the filler aluminum rod 2 in the cross section, or no more than 5-15 percent more. A hollow rod of the working tool 1 with a cross-sectional area is selected that is at least five times larger than the cross-sectional area of the filler aluminum rod 2. If necessary, depending on the technology, preheating is carried out with a gas burner to a temperature of 200-250 ° C. The hollow rod of the tool 1 is brought into rotation, brought to a speed of 300-500 rpm, while the immobility of the filler rod 2, that is, rotation around its axis, and vertical movement are ensured. A mechanical contact is gradually established between the surface of the structure to be restored, in the region of the initial edge, and the end of the rotating tool. In the process of friction of the lower end surface of the tool rod 1 and the surface of the restored structure, thermal energy is released, which gradually heats the tool rod 1, the surface of the restored structure and the filler aluminum rod 2 located in the cavity of the tool rod 1. When the temperature between the restored structure and the tool rod reaches 400 -450 ° С, measured on the surface of the mechanical contact, pressure is applied to the filler aluminum rod 2 in the direction of 4 of the cavity of the restored structure at a speed of 2-5 mm / min of pushing out the filler aluminum rod 2, determined experimentally. The metal of the filler aluminum rod 2, passing into a viscous fluid state as a result of heating by friction of the tool rod 1 against the surface of the restored structure, and under the action of pressure applied in the direction 4 of grooving defect 12 fills the groove of the defect cavity 7. When filling the defect cavity directly under the tool rod 1 , which is determined by the depth of groove, which is filled by the corresponding amount of metal of the extruded aluminum bar 2, calculated by the volume of the bar 2, the tool starts longitudinal movement along the groove cavity in direction 9 from the initial edge to the opposite end edge. The speed of movement of the tool along the groove is calculated empirically and depends on the depth of the groove cavity of the defect 7, the rotation speed of the tool rod 1, the feed rate and pressure of the extruded filler aluminum rod 2. The longitudinal movement of the tool rod in direction 9 continues until the near edge of the inner cavity of the tool rod I with the end surface of the end edge. After that, the longitudinal movement of the tool rod 1 along the groove cavity stops, while the rotation of the tool rod 1 continues until the metal of the aluminum filler rod 2, which is in a viscous fluid state, begins to squeeze out from under the rod of the rotating tool 1 from the side opposite to the end edge, or on any other side. After that, the metal of the filler aluminum rod 2 is squeezed out with a 4-6 times greater speed, relative to the rate of extrusion of the filler aluminum rod 2 in the process of filling the groove cavity 7. Simultaneously with the increase in the rate of extrusion of the filler aluminum rod 7, the rotating rod of the tool 1 rises above the plane of the restored structures by 5-10 mm, as a result of which the mechanical contact between the end plane of the tool and the structure being restored is terminated. This leads to a decrease in the temperature of the metal of the filler aluminum rod, as a result of a decrease in heat generation when friction against the surface of the restored structure stops. A decrease in the temperature of the metal of the filler aluminum rod 2 leads to the transition of the metal of the filler aluminum rod 2 from a viscous-flowing state to a less plastic, close to solid state. Since the rotation of the rod of the tool 1 does not stop, and the metal of the filler aluminum rod 2 is not viscous, the metal of the filler rod is destroyed and separated from the metal that filled the groove cavity of the defect 7 in a viscous fluid state. According to the above-described technology, the defect groove cavity 7 is filled with an aluminum-based alloy close in chemical composition to the base metal of the structure or product, so that the temperature of the metal filling the defect cavity in a viscous-fluid state does not exceed 465 ° C. After separating the metal of the filler rod from the metal that filled the groove cavity of the defect, the surface of the restored structure is mechanically treated, as a result of which excess metal of the filler rod that filled the groove cavity is removed in order to obtain a defect-free section of the structure from an aluminum alloy that is poorly welded by melting. The temperature range of 400-450 ° C ensures the formation of metal bonds of the extruded metal of the bar in a viscous-flowing state and the metal of the restored structure. After cooling the metal of the filler rod and the metal of the restored structure, a monolithic joint is formed between them. The device for implementing the method consists of a hollow cylindrical rotating tool, the cavity of which is made along the central axis and symmetrically relative to the axis of the cylinder. The surface opposite to the contact surface of the tool end with the surface of the structure being restored is equipped with a mechanism that allows the extrusion of the filler aluminum rod. The mechanism allows the filler rod to be pushed out by means of a pusher or piston with a mechanical, hydraulic, pneumatic or hydropneumatic drive. The diameter of the rod of a hollow rotating tool should be 2.5-3 times greater than the groove width, to ensure the release of a sufficient amount of heat when rubbing against the surface of the product being restored. The shaft of the rotating tool must be made of an iron-based alloy and be inert to the metal of the aluminum filler rod. The diameter of the inner cavity of the tool rod should be 2-5 mm larger than the diameter of the filler aluminum rod, which depends on the width of the groove cavity of the defect. The filler rod can be made from weldable alloys of the Al-Mg, Al-Mn systems, also from poorly welded alloys of the Al-Zn-Mg-Cu, Al-Cu-Mg systems, or from pure aluminum. The substantiation of the technical result is as follows. In fusion welding of high-strength alloys such as B95, D16, burnout occurs at a temperature of 490-505 ° C, which results in oxidation and partial melting along the grain boundaries, which significantly reduces the strength and ductility of the metal being welded. Even a slight decomposition of the solid solution during cooling from 500 ° C leads to the precipitation of intermetallic phases along the grain boundaries and reduces the resistance to intergranular corrosion. Also, during fusion welding of these alloys, hot cracks and voids are formed, and the resistance to stress corrosion is reduced. In the proposed method, it is assumed that heating due to friction to temperatures not exceeding 465 ° C, which is below the burnout temperature. And the friction heating process is accompanied by slow heating and slow natural cooling, which excludes the possibility of re-hardening. This technology for repairing near-surface defects can be used to restore geometric dimensions, hermetic and mechanical properties in the aviation and shipbuilding industries, where high-strength poorly weldable alloys of the Al-Zn-Mg-Cu, Al-Cu-Mg systems are used.

Claims (3)

1. Способ ремонта приповерхностного дефекта конструкции из сплава на основе алюминия путем нагрева за счет трения, включающий приведение во вращение инструмента, состоящего из полого стального стержня, в полости которого размещен присадочный пруток из алюминиевого сплава при отношении площади поперечного сечения стального стержня к площади поперечного сечения присадочного прутка из алюминиевого сплава 5/1, установление механического контакта между поверхностью восстанавливаемой конструкции и торцом вращающегося инструмента и осуществление трения для нагрева присадочного прутка из алюминиевого сплава и перевода его в вязко текучее состояние, при этом температура в зоне трения инструмента и поверхности восстанавливаемой конструкции не должна превышать 465°С, затем выталкивают вязко текучий присадочный пруток из алюминиевого сплава с противоположной стороны инструмента со скоростью 2-5 мм/мин. и заполняют им полость восстанавливаемой конструкции. 1. A method of repairing a near-surface defect in an aluminum-based alloy structure by heating by friction, including rotating a tool consisting of a hollow steel rod, in the cavity of which an aluminum alloy filler rod is placed at the ratio of the cross-sectional area of the steel rod to the cross-sectional area filler rod made of aluminum alloy 5/1, establishing mechanical contact between the surface of the structure being restored and the end of the rotating tool and performing friction to heat the filler rod made of aluminum alloy and transfer it to a viscous fluid state, while the temperature in the friction zone of the tool and the surface of the structure being restored is not should exceed 465 ° C, then the viscous-flowing aluminum alloy filler rod is pushed out from the opposite side of the tool at a speed of 2-5 mm / min. and fill the cavity of the restored structure with it. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед приведением во вращение инструмента проводят предварительный подогрев поверхности восстанавливаемой конструкции. 2. The method according to claim 1, characterized in that before the tool is rotated, the surface of the restored structure is preheated. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выталкивание присадочного прутка из алюминиевого сплава производят поршнем или толкателем.3. A method according to claim 1, characterized in that the extrusion of the aluminum alloy filler rod is performed by a piston or a pusher.
RU2020114876A 2020-04-24 2020-04-24 Method for repairing a near-surface defect in an aluminum-based alloy RU2742543C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020114876A RU2742543C1 (en) 2020-04-24 2020-04-24 Method for repairing a near-surface defect in an aluminum-based alloy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020114876A RU2742543C1 (en) 2020-04-24 2020-04-24 Method for repairing a near-surface defect in an aluminum-based alloy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2742543C1 true RU2742543C1 (en) 2021-02-08

Family

ID=74554738

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020114876A RU2742543C1 (en) 2020-04-24 2020-04-24 Method for repairing a near-surface defect in an aluminum-based alloy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2742543C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2376116C2 (en) * 2004-04-27 2009-12-20 Снекма Method of plugging metal part hole by means of friction welding, use of support part and retaining part in above method
RU2377108C2 (en) * 2004-04-27 2009-12-27 Снекма Method of filling metal part holes by means of friction welding, and use of metal pin and support part of bearing for implementation of this method
CN103071912A (en) * 2012-12-29 2013-05-01 西安交通大学 Vertical friction stud welding method
RU2481916C2 (en) * 2011-07-29 2013-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) Method of jointing parts together
RU186699U1 (en) * 2018-05-22 2019-01-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Stir friction welding tool

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2376116C2 (en) * 2004-04-27 2009-12-20 Снекма Method of plugging metal part hole by means of friction welding, use of support part and retaining part in above method
RU2377108C2 (en) * 2004-04-27 2009-12-27 Снекма Method of filling metal part holes by means of friction welding, and use of metal pin and support part of bearing for implementation of this method
RU2481916C2 (en) * 2011-07-29 2013-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) Method of jointing parts together
CN103071912A (en) * 2012-12-29 2013-05-01 西安交通大学 Vertical friction stud welding method
RU186699U1 (en) * 2018-05-22 2019-01-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Stir friction welding tool

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5460317A (en) Friction welding
Doos et al. Experimental study of friction stir welding of 6061-T6 aluminum pipe
AU2016298789B2 (en) Repair of pipeline welds using friction stir processing
CN1729077A (en) Apparatus and method for forming weld joints having compressive residual stress patterns
De Giorgi et al. Effect of shoulder geometry on residual stress and fatigue properties of AA6082 FSW joints
Zhang et al. Development of friction stir spot brazing (FSSB)
JP4328622B2 (en) Method and apparatus for joining light metal parts
CN114101894B (en) Embedded inertia friction welding method for dissimilar metals
Yue et al. Friction stir lap welding of 6061-T6 Al to Ti-6Al-4V using low rotating speed
CN107695509A (en) Titanium steel composite pipe welding method based on agitating friction weldering/melting welding Combined Welding
CN111299805B (en) Thick plate narrow gap welding method based on gnawing and cutting assistance
Krasnowski Experimental study of FSW t-joints of EN-AW 6082-T6 and their behaviour under static loads
RU2742543C1 (en) Method for repairing a near-surface defect in an aluminum-based alloy
Sun et al. Influences of process parameters on morphology and mechanical properties of FSW-T-Joint of 2024/5083 Al alloy sheets
Gong et al. Non-keyhole friction stir welding for 6061-T6 aluminum alloy
Sreenivas et al. Effect of applied axial force on FSW of AA 6082-T6 aluminium alloys
WO2010004109A2 (en) Pulsed friction stir welding method
Banjare et al. Study of Material Flow and Mechanical Properties of Friction Stir Welded AA2024 with AA7075 Dissimilar Alloys using Top-Half-Threaded Pin Tool.
El-Batahgy et al. Effect of friction stir welding parameters on properties of AA6061 aluminum alloy butt welded joints
MA et al. Progress on the control of intermetallic compounds in aluminum/steel friction stir welding
Dwivedi Dissimilar metal joining of steel-aluminium alloy by friction stir welding
Vikash et al. A Review on Analysis of Friction Stir Welding Process of Steel
Banjare et al. Friction stir spot welding of commercial aluminum strip using a drill press
Hunt et al. Friction stir welding of magnesium oil pan
ABD AL-SAHB et al. A COMPREHENSIVE REVIEW OF DEVELOPMENTS IN FRICTION STIR WELDING (FSW) AND FRICTION STIR SPOT WELDING (FSSW) PROCESSES.