CN106584038A - 一种搅拌摩擦焊匙孔的填充方法 - Google Patents

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吕赞
姬书得
岳玉梅
高双胜
马琳
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass

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Abstract

本发明的一种搅拌摩擦焊匙孔的填充方法，属于搅拌摩擦焊技术领域，具体包括以下步骤：(1)对匙孔进行扩孔处理，采用钻头将匙孔加工为圆柱状的钻孔，保证钻孔区域完全覆盖匙孔；(2)根据钻头cad模型，进行数据转化，生成加工文件；(3)按照加工文件对钻孔进行增材制造，增材制造完毕回收增材材料，并将表面加工至光滑状态，完成填充。本发明的填充方法利用增材制造技术实现了搅拌摩擦焊匙孔的填充，消除了匙孔对焊缝性能的影响，同时能够保证填补过程精准无误，填充效率高，适用多种不同形貌的匙孔；填充方法简单，采用现有设备即可完成，能够用于工业化批量生产。

Description

一种搅拌摩擦焊匙孔的填充方法
技术领域：
本发明属于搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种搅拌摩擦焊匙孔的填充方法。
背景技术：
英国焊接研究所于1991年提出的搅拌摩擦焊(Friction stir welding，FSW)是一种新型固相焊技术，具有工作效率高、节能、无污染、焊接变形小、焊缝质量高等优点，在航空航天、汽车、船舶、电子等领域有着广泛的应用对象。对于常规搅拌摩擦焊，起焊处会留下一个匙孔，匙孔导致焊缝的有效宽度降低，力学性能下降。因此，匙孔是常规搅拌摩擦焊不可克服的“弱点”。
目前，搅拌摩擦焊匙孔的消除或填补方法有：(1)铆接法，预先加工匙孔，与铆钉尺寸配合，再将铆钉铆入匙孔。该方法为机械连接，铆钉与金属有缝隙存在，连接效果差。(2)塞钎焊法，在匙孔内加入钎料，利用组合式焊具进行塞补焊，将多余钎料挤出，搅拌针一部分留在匙孔内。但这种方法采用半消耗性搅拌针，批量加工需要不断替换搅拌头，还需要特殊设计组合式焊具。(3)熔焊填补法，预先加工匙孔，再进行材料填充熔焊。但这种方法仅适于铝合金等可熔焊性能好的金属，且熔焊焊缝处残余应力高，气孔较多。(4)特殊设备(结构)法，回填点焊设备、可伸缩搅拌针等都是针对匙孔的消除设计的，但这些设备(结构)，构造复杂，要完成搅拌针和***结构的相对运动，需要很高的加工精度和控制精度。
发明内容：
本发明的目的是提供一种搅拌摩擦焊匙孔的填充方法，该方法采用增材制造中的激光熔覆技术，实现搅拌摩擦焊匙孔的填充，该方法操作简单，填充效果良好。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种搅拌摩擦焊匙孔的填充方法，包括以下步骤：
(1)对匙孔进行扩孔处理，采用钻头将匙孔加工为圆柱状的钻孔，保证钻孔区域完全覆盖匙孔；
(2)根据钻头cad模型，进行数据转化，生成加工文件；
(3)按照加工文件对钻孔进行增材制造，增材制造完毕回收增材材料，并将表面加工至光滑状态，完成填充。
所述的步骤(1)中，钻孔直径大于匙孔最大直径2mm以上，钻孔深度大于匙孔深度2mm以上。
所述的步骤(1)中，钻头尺寸根据不同的母材厚度及匙孔大小进行设计，并录入到cad模型库中。
所述的步骤(1)中，钻头为非消耗性，可反复使用，但由于多次使用造成的表面磨损，需重新测量尺寸，并更新cad模型。
所述的步骤(1)中，钻头钻速为500～3000r/min。
所述的步骤(2)中，加工文件的生成过程为：根据预先录入的钻头cad模型，将其转换为stl模型，进行定位，确定制造深度，并定义扫描路径，最终生成加工文件；
所述的步骤(3)中，增材制造方式为激光熔覆。
所述的步骤(3)中，激光熔覆过程参数为：激光功率为1000～2200W，扫描速度为2～8mm/s。
所述的步骤(3)中，增材材料为丝状或粉末状态，增材材料与母材一致，或为其他能够与母材相熔合的单一或混合粉末材料，目的为增强匙孔填充处的性能。
本发明的有益效果：
(1)本发明的填充方法利用增材制造技术实现了搅拌摩擦焊匙孔的填充，消除了匙孔对焊缝性能的影响。
(2)本发明的填充方法采用激光熔覆技术进行填补，能够保证填补过程精准无误，连接效果好，适用多种金属匙孔的填充。
(3)本发明的填充方法采用的设备无需通过复杂设计，市面现有设备即可完成。
(4)本发明的填充方法针对不同形貌的匙孔，由于扩孔时钻头一致，可用一套程序完成，填充效率高，可用于工业化批量生产。
附图说明：
图1为本发明填充过程示意图，其中：
图(a)为扩孔过程示意图，其中：1-母材，2-合金钻头，3-匙孔，D1-匙孔最大直径，D2-合金钻头直径；
图(b)为扩孔后状态示意图；
图(c)为填充后状态示意图，其中：4-激光器，5-填充区域。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种搅拌摩擦焊匙孔的填充方法，其填充过程示意图如图1所示，包括以下步骤：
(1)对匙孔3进行扩孔处理，扩孔过程示意图如图(a)所示，采用合金钻头2将匙孔3加工为圆柱状的钻孔，根据匙孔最大直径D1，选择对应的合金钻头2，合金钻头2的直径D2大于D1 2mm以上，并录入到cad模型库中，合金钻头2钻速为500r/min，加工完成的钻孔直径大于匙孔最大直径D1 2mm以上，钻孔深度大于匙孔深度2mm以上，保证钻孔区域完全覆盖匙孔3，扩孔后状态示意图如图(b)所示；
(2)根据预先录入的D2尺寸的合金钻头2的cad模型，将其转换为stl模型，进行定位，确定制造深度，并定义扫描路径，最终生成加工文件；
(3)按照加工文件，采用激光器4对钻孔进行激光熔覆，熔覆材料为与母材1相同的粉末状材料，激光功率为1000W，扫描速度为2mm/s，激光熔覆完毕回收粉末状熔覆材料，并将表面机械加工至光滑美观状态，完成填充，形成填充区域5，填充后状态示意图如图(c)所示。
实施例2
一种搅拌摩擦焊匙孔的填充方法，其填充过程示意图如图1所示，包括以下步骤：
(1)对匙孔3进行扩孔处理，扩孔过程示意图如图(a)所示，采用合金钻头2将匙孔3加工为圆柱状的钻孔，根据匙孔最大直径D1，选择对应的合金钻头2，合金钻头直径D2大于D12mm以上，并录入到cad模型库中，当合金钻头2多次使用造成的表面磨损，重新测量合金钻头2尺寸，并更新cad模型，合金钻头2钻速为3000r/min，加工完成的钻孔直径大于匙孔最大直径D1 2mm以上，钻孔深度大于匙孔深度2mm以上，保证钻孔区域完全覆盖匙孔3，扩孔后状态示意图如图(b)所示；
(2)根据预先录入的D2尺寸的合金钻头2的cad模型，将其转换为stl模型，进行定位，确定制造深度，并定义扫描路径，最终生成加工文件；
(3)按照加工文件，采用激光器4对钻孔进行激光熔覆，熔覆材料为能与母材1相熔合的单一或混合丝状材料，激光功率为2200W，扫描速度为8mm/s，激光熔覆完毕回收丝状熔覆材料，并将表面机械加工至光滑美观状态，完成填充，形成填充区域5，填充后状态示意图如图(c)所示。

Claims (7)

1.一种搅拌摩擦焊匙孔的填充方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对匙孔进行扩孔处理，采用钻头将匙孔加工为圆柱状的钻孔，保证钻孔区域完全覆盖匙孔；
(2)根据钻头cad模型，进行数据转化，生成加工文件；
(3)按照加工文件对钻孔进行增材制造，增材制造完毕回收增材材料，并将表面加工至光滑状态，完成填充。
2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊匙孔的填充方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，钻孔直径大于匙孔最大直径2mm以上，钻孔深度大于匙孔深度2mm以上。
3.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊匙孔的填充方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，钻头钻速为500～3000r/min。
4.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊匙孔的填充方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，加工文件的生成过程为：根据预先录入的钻头cad模型，将其转换为stl模型，进行定位，确定制造深度，并定义扫描路径，最终生成加工文件。
5.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊匙孔的填充方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，增材制造方式为激光熔覆。
6.根据权利要求5所述的搅拌摩擦焊匙孔的填充方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，激光熔覆过程参数为：激光功率为1000～2200W，扫描速度为2～8mm/s。
7.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊匙孔的填充方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，增材材料为丝状或粉末状态，增材材料与母材一致，或为其他能够与母材相熔合的单一或混合粉末材料。
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