[发明专利]一种用搅拌摩擦焊修复金属构件中长体积型缺陷的方法

摘要

一种用搅拌摩擦焊修复金属构件中长体积型缺陷的方法，其步骤为：1、将待修复金属构件不规整的长体积型缺陷挖排形成长条形钩槽，并填充同质或异质金属；2、将金属构件放置在垫板上加以固定，使待修复区呈水平状态；3、使用无针搅拌头通过搅拌摩擦焊接将填充金属固定于金属构件的长条形钩槽中；4、用带有搅拌针的搅拌头和与其配合的静止轴肩，在超声振动辅助下对填充金属与金属构件进行搅拌摩擦焊接；5、完成搅拌摩擦焊接后，超声振动对修复区进行再振动。该方法可解决金属结构件长体积型缺陷修复的技术难题；具有修复区冶金结合好、强度高、表面平整光滑和内应力小的优点。

主权项

1.一种用搅拌摩擦焊修复金属构件中长体积型缺陷的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、将待修复金属构件(6)中不规整的长体积型缺陷进行挖排，形成规整的长条形钩槽(9)，在长条形钩槽中填充同质或异质金属；步骤2、将步骤1的金属构件放置在垫板上并加以固定，使待修复区呈水平状态；步骤3、通过搅拌摩擦焊接将填充金属固定于金属构件的长条形钩槽中；搅拌摩擦焊接所用的无针搅拌头(1)的轴肩直径为长条形钩槽宽度的1.2～3倍；无针搅拌头的底面有六个螺旋形分布的弧形凹槽，六个螺旋形分布的弧形凹槽的曲率半径，弧长，宽度和深度分别为无针搅拌头直径的0.7倍、0.5倍、0.1倍和0.05倍；无针搅拌头从金属构件修复区的前端开始，以50～10000转/分的转速转动，同时以0.1～10mm/分的速度下扎，扎入深度为0.1～0.3mm；扎入深度达到设计值时，无针搅拌头在继续旋转的情况下停留且1～100s，使此处的填充金属和长条形钩槽周边的金属构件材料软化，二者形成固定连接关系；然后无针搅拌头以30～1000mm/分的速度沿着待修复区域的走向向前移动，直至移动到修复区的后端为止，完成填充金属的固定；步骤4、完成填充金属的固定后，改用带有搅拌针的搅拌头(2)和与其配合的静止轴肩(3)，在超声振动装置辅助下对填充金属与金属构件进行搅拌摩擦焊接；搅拌针的长度和直径根据长条形钩槽的宽度和深度确定，静止轴肩的内径和外径分别比搅拌针的直径大0.1～0.5mm和5～10mm；超声振动装置的超声波的参数选取范围是，功率为600～2000W，振幅为15～55μm；搅拌针从金属构件修复区的前端开始，以50～10000转/分的转速转动、同时以0.1～10mm/分的速度下扎，直到静止轴肩的底面与板材上表面接触后，搅拌针继续下扎0.1～0.2mm，然后保持旋转并停留1—1000s，使材料软化；整个修复过程中，静止轴肩不转动；超声振动装置的超声变幅杆(5)与金属构件待修复区域两侧的上表面相接触，调整超声变幅杆的角度，使超声振动达到最佳效果，以提高填充金属与金属构件界面处的原子扩散程度和冶金结合；然后搅拌针以10～1000mm/分的速度沿着待修复区域的走向向前移动，超声变幅杆跟随搅拌针同行，直至移动到修复区的后端为止，完成填充金属与金属构件搅拌摩擦焊接；步骤5、完成填充金属与金属构件搅拌摩擦焊接后，卸掉搅拌针，超声振动以1～100mm/min速度从修复区的后端向前端移动，进行超声再振动，以消除修复区接头内部残余应力。