專(zhuān)利名稱(chēng)：一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種填入式攪拌摩擦處理方法，具體涉及一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法。
背景技術(shù)：
攪拌摩擦處理(friction stir processing縮寫(xiě)為FSP)是由美國(guó)密蘇里大學(xué)(University of Missouri)的 R S M ISHRA 于 2000 年基于攬拌摩擦焊(friction stirwelding縮寫(xiě)為FSW)工藝提出的材料改性與制備新技術(shù)。可將攪拌摩擦焊直接用于無(wú)焊縫的完整材料上，直接對(duì)材料進(jìn)行攪拌摩擦處理，其目的并不是焊接，而是進(jìn)行改善金屬材料性能的處理，例如對(duì)金屬母材進(jìn)行表面處理或熔焊后的鋁合金焊縫進(jìn)行焊后處理。FSP獨(dú)特而顯著的優(yōu)勢(shì)在于以摩擦熱作為熱源，用機(jī)械加工的方法實(shí)現(xiàn)材料表面晶粒細(xì)化、塊狀材料晶粒細(xì)化以及表面復(fù)合材料的制備，具有環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)。堆焊是在金屬材料或零件表面熔焊上耐磨、耐蝕等特殊性能金屬層的一種工藝方法；通過(guò)堆焊可以修復(fù)外形不合格的金屬零部件及產(chǎn)品，或制造雙金屬零部件；采用堆焊可以延長(zhǎng)零部件的使用壽命，降低成本，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，尤其對(duì)合理使用材料(特別是貴重金屬)具有重要意義。傳統(tǒng)的堆焊方法主要選擇電弧作為熱源，然而，受到電弧吹力等諸多不利因素的影響，難以同時(shí)達(dá)到高效和低稀釋率的目標(biāo)。為了提高堆焊效率必然導(dǎo)致熱輸入的增加，基材的熔深增大，堆焊層性能下降。近年來(lái)，高能束粉末堆焊技術(shù)的提出有望解決上述問(wèn)題。高能束粉末堆焊技術(shù)是將高能束流作為熱源，以一定成分的合金粉末作為填充金屬的特種堆焊工藝。根據(jù)焊接熱源的不同，高能束粉末堆焊主要可以分為等離子弧堆焊、電子束堆焊、激光堆焊以及聚焦光束堆焊。利用高能束熱源可以實(shí)現(xiàn)熱輸入的準(zhǔn)確控制，獲得熱畸變小、稀釋率小、組織致密、成型美觀(guān)、性能優(yōu)越的堆焊層，而且，高能束粉末堆焊生產(chǎn)率高，堆焊過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。然而，與普通的堆焊方法相比較，高能束粉末堆焊技術(shù)大多需要在氣體保護(hù)甚至真空條件下才能順利進(jìn)行，而且，焊接設(shè)備也更加復(fù)雜，一次性投資大，生產(chǎn)成本高，距離生產(chǎn)實(shí)際尚有一定距離，特別是對(duì)于激光堆焊技術(shù)來(lái)說(shuō)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決高能束粉末堆焊大多需要在氣體保護(hù)甚至真空條件下才能順利進(jìn)行，焊接效率低，焊接成本高的問(wèn)題，提出一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法。本發(fā)明方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的:步驟一、處理前準(zhǔn)備:將送絲輪和定位導(dǎo)輪安裝固定于焊機(jī)主軸上，將待處理材料進(jìn)行裝夾，將帶狀焊絲置于定位導(dǎo)輪之下，定位導(dǎo)輪緊貼待處理材料的表面，并將帶狀焊絲固定于待處理材料的表面，將帶狀焊絲的端部置于無(wú)針焊具的正下方，帶狀焊絲的寬度d應(yīng)等于或小于無(wú)針焊具的軸肩直徑D ;步驟二、攪拌摩擦處理過(guò)程:啟動(dòng)焊機(jī)，無(wú)針焊具開(kāi)始垂直向下進(jìn)給，隨后，無(wú)針焊具的軸肩開(kāi)始與帶狀焊絲的端部接觸并逐漸壓入待處理材料的上表面，攪拌摩擦處理開(kāi)始，定位導(dǎo)輪和無(wú)針焊具與主軸一同沿焊接方向運(yùn)動(dòng)，無(wú)針焊具的旋轉(zhuǎn)速度為IOOrpm lOOOrpm、焊接速度為50mm/min 1000mm/min,無(wú)針焊具的傾角為0.5° 4° ,軸肩壓入深度可超過(guò)帶狀焊絲厚度0.1mm 0.2_，利用無(wú)針焊具的軸肩強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌作用打碎待處理材料近表面區(qū)域內(nèi)較粗大的晶粒組織，細(xì)化晶粒，并利用軸肩的攪拌和鍛壓作用將帶狀焊絲堆焊于待處理材料表面，形成規(guī)則的魚(yú)鱗紋焊縫；步驟三、焊后清理:送絲輪、定位導(dǎo)輪和無(wú)針焊具與焊機(jī)主軸一同提起后，可用剪鉗剪斷焊絲，用鋼絲刷去除殘留的少量焊絲材料及飛邊。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):一、本發(fā)明屬于固相連接方法，利用無(wú)針焊具軸肩所特有的摩擦攪拌和鍛壓作用，將外加焊絲材料堆焊于待處理材料表面，與目前采用電弧、電子束、等離子弧、激光等為焊接熱源的堆焊方法相比較，焊接溫度明顯降低，熱畸變減小，焊接殘余應(yīng)力降低，材料稀釋率降低，界面結(jié)合強(qiáng)度提高，被處理區(qū)域的表面平滑美觀(guān)；本發(fā)明的工作環(huán)境清潔，無(wú)需真空或氣體保護(hù)，處理過(guò)程無(wú)弧光、煙塵污染，降低了焊接成本，提高了焊接效率。二、本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)多層帶狀焊絲的重疊送入，多層焊絲可互為同種或異種材料，從而滿(mǎn)足不同的生產(chǎn)需要，得到不同厚度和特性的表面層結(jié)構(gòu)。三、通過(guò)選用不同種類(lèi)的帶狀焊絲，可以改變材料的表面性能，特別是耐磨、耐蝕等特性。


圖1是帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法的處理前示意圖；圖2是帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法的處理過(guò)程示意圖；圖3是圖2的俯視圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:結(jié)合圖1 圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的:步驟一、處理前準(zhǔn)備:將送絲輪3和定位導(dǎo)輪4安裝固定于焊機(jī)主軸上，將待處理材料2進(jìn)行裝夾，將帶狀焊絲5置于定位導(dǎo)輪4之下，定位導(dǎo)輪4緊貼待處理材料2的表面，并將帶狀焊絲5固定于待處理材料2的表面，見(jiàn)圖1，將帶狀焊絲5的端部置于無(wú)針焊具I的正下方，使其端部在焊接開(kāi)始時(shí)能夠完全被軸肩所覆蓋，帶狀焊絲5的寬度d應(yīng)等于或小于無(wú)針焊具I的軸肩直徑D，使得帶狀焊絲5的兩側(cè)邊緣在處理過(guò)程中能夠完全被軸肩所覆蓋；可設(shè)計(jì)桁架結(jié)構(gòu)，送絲輪3和定位導(dǎo)輪4通過(guò)桁架結(jié)構(gòu)固定安裝于焊機(jī)主軸上；步驟二、攪拌摩擦處理過(guò)程:啟動(dòng)焊機(jī)，無(wú)針焊具I開(kāi)始垂直向下進(jìn)給，隨后，無(wú)針焊具I的軸肩開(kāi)始與帶狀焊絲5的端部接觸并逐漸壓入待處理材料2的上表面，攪拌摩擦處理開(kāi)始，定位導(dǎo)輪4和無(wú)針焊具I與主軸一同沿焊接方向運(yùn)動(dòng)，無(wú)針焊具I的旋轉(zhuǎn)速度為IOOrpm lOOOrpm、焊接速度為50mm/miη 1000mm/min,無(wú)針焊具I的傾角為0.5° 4°，軸肩壓入深度可超過(guò)帶狀焊絲厚度0.1mm 0.2_，利用無(wú)針焊具I的軸肩強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌作用打碎待處理材料2近表面區(qū)域內(nèi)較粗大的晶粒組織，細(xì)化晶粒，并利用軸肩的攪拌和鍛壓作用將帶狀焊絲5堆焊于待處理材料2表面，形成規(guī)則的魚(yú)鱗紋焊縫；無(wú)針焊具I的旋轉(zhuǎn)方向、無(wú)針焊具I的焊接方向、定位導(dǎo)輪4旋轉(zhuǎn)方向、帶狀焊絲5的送進(jìn)方向和送絲輪3旋轉(zhuǎn)方向如圖2所示，無(wú)針焊具I的尺寸(軸肩直徑、軸肩錐度)選擇常規(guī)攪拌摩擦處理焊具的最優(yōu)尺寸；步驟三、焊后清理:送絲輪3、定位導(dǎo)輪4和無(wú)針焊具I與焊機(jī)主軸一同提起后，可用剪鉗剪斷焊絲，用鋼絲刷去除殘留的少量焊絲材料及飛邊。
具體實(shí)施方式
二:結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是攪拌頭1、定位導(dǎo)輪4、帶狀焊絲5、送絲輪3位于同一直線(xiàn)上。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三:結(jié)合2和圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟一中定位導(dǎo)輪4兩側(cè)設(shè)計(jì)有凸緣4-1，凸緣4-1高度應(yīng)大于或等于帶狀焊絲5的厚度。凸緣4-1可以避免帶狀焊絲5橫向移動(dòng)，凸緣4-1引導(dǎo)帶狀焊絲5沿焊接方向鋪設(shè)。其它步驟與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四:結(jié)合圖1和圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟一中的帶狀焊絲5的寬度d比無(wú)針焊具I的軸肩直徑D小0.3mm。其它步驟與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五:結(jié)合圖1 圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟一中的帶狀焊絲5可重疊放置多層，多層帶狀焊絲5可為同種材料或異種材料。這樣為得到不同厚度和結(jié)構(gòu)的堆焊層。當(dāng)帶狀焊絲5采用多層重疊的方式進(jìn)行焊接時(shí)，定位導(dǎo)輪4兩側(cè)的凸緣4-1高度應(yīng)大于或等于多層帶狀焊絲5的累加厚度。其它步驟與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
六:結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟二中的無(wú)針焊具I的旋轉(zhuǎn)速度為500rpm、焊接速度為600mm/min，無(wú)針焊具I的傾角為2°，軸肩壓入深度超過(guò)帶狀焊絲厚度0.12mm。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七:結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟二中的無(wú)針焊具I的旋轉(zhuǎn)速度為800rpm、焊接速度為200mm/min，無(wú)針焊具I的傾角為1°，軸肩壓入深度超過(guò)帶狀焊絲厚度0.14mm。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八:結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟二中的無(wú)針焊具I的旋轉(zhuǎn)速度為800rpm、焊接速度為500mm/min，無(wú)針焊具I的傾角為3°，軸肩壓入深度超過(guò)帶狀焊絲厚度0.15mm。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
九:結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟二中的無(wú)針焊具I的旋轉(zhuǎn)速度為lOOOrpm、焊接速度為300mm/min，無(wú)針焊具I的傾角為1°，軸肩壓入深度超過(guò)帶狀焊絲厚度0.16mm。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十:結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟二中的無(wú)針焊具I的旋轉(zhuǎn)速度為1200rpm、焊接速度為400mm/min，無(wú)針焊具I的傾角為4°，軸肩壓入深度超過(guò)帶狀焊絲厚度0.18mm。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法，其特征在于:所述方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的: 步驟一、處理前準(zhǔn)備:將送絲輪(3)和定位導(dǎo)輪(4)安裝固定于焊機(jī)主軸上，將待處理材料(2)進(jìn)行裝夾，將帶狀焊絲(5)置于定位導(dǎo)輪(4)之下，定位導(dǎo)輪(4)緊貼待處理材料(2)的表面，并將帶狀焊絲(5)固定于待處理材料(2)的表面，將帶狀焊絲(5)的端部置于無(wú)針焊具(1)的正下方，帶狀焊絲(5)的寬度d應(yīng)等于或小于無(wú)針焊具(1)的軸肩直徑D ; 步驟二、攪拌摩擦處理過(guò)程:啟動(dòng)焊機(jī)，無(wú)針焊具(1)開(kāi)始垂直向下進(jìn)給，隨后，無(wú)針焊具(1)的軸肩開(kāi)始與帶狀焊絲(5)的端部接觸并逐漸壓入待處理材料(2)的上表面，攪拌摩擦處理開(kāi)始，定位導(dǎo)輪(4)和無(wú)針焊具(1)與主軸一同沿焊接方向運(yùn)動(dòng)，無(wú)針焊具(1)的旋轉(zhuǎn)速度為1OOrpm lOOOrpm、焊接速度為50mm/min 1000mm/min,無(wú)針焊具(1)的傾角為0.5° 4° ,軸肩壓入深度可超過(guò)帶狀焊絲厚度0.1mm 0.2mm,利用無(wú)針焊具(1)的軸肩強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌作用打碎待處理材料(2)近表面區(qū)域內(nèi)較粗大的晶粒組織，細(xì)化晶粒，并利用軸肩的攪拌和鍛壓作用將帶狀焊絲(5)堆焊于待處理材料(2)表面，形成規(guī)則的魚(yú)鱗紋焊縫； 步驟三、焊后清理:送絲輪(3)、定位導(dǎo)輪(4)和無(wú)針焊具(1)與焊機(jī)主軸一同提起后，可用剪鉗剪斷焊絲，用鋼絲刷去除殘留的少量焊絲材料及飛邊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法，其特征在于:所述步驟一中的無(wú)針焊具(1)、定位導(dǎo)輪(4)、帶狀焊絲(5)、送絲輪(3)位于同一直線(xiàn)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法，其特征在于:所述步驟一中的定位導(dǎo)輪(4)兩側(cè)設(shè)計(jì)有凸緣(4-1)，凸緣(4-1)高度應(yīng)大于或等于帶狀焊絲(5)的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法，其特征在于:所述步驟一中的帶狀焊絲(5)的寬度d比無(wú)針焊具(I)的軸肩直徑D小0.3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法，其特征在于:所述步驟一中的帶狀焊絲(5)可重疊放置多層，多層帶狀焊絲(5)可為同種材料或異種材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法，其特征在于:所述步驟二中的無(wú)針焊具(1)的旋轉(zhuǎn)速度為500rpm、焊接速度為600mm/min,無(wú)針焊具(I)的傾角為2°，軸肩壓入深度超過(guò)帶狀焊絲厚度0.12mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法，其特征在于:所述步驟二中的無(wú)針焊具(1)的旋轉(zhuǎn)速度為800rpm、焊接速度為200mm/min,無(wú)針焊具(I)的傾角為1°，軸肩壓入深度超過(guò)帶狀焊絲厚度0.14mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法，其特征在于:所述步驟二中的無(wú)針焊具(1)的旋轉(zhuǎn)速度為800rpm、焊接速度為500mm/min,無(wú)針焊具(I)的傾角為3°，軸肩壓入深度超過(guò)帶狀焊絲厚度0.15mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法，其特征在于:所述步驟二中的無(wú)針焊具(1)的旋轉(zhuǎn)速度為lOOOrpm、焊接速度為300mm/min，無(wú)針焊具(I)的傾角為1°，軸肩壓入深度超過(guò)帶狀焊絲厚度0.16_。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法，其特征在于:所述步驟二中的無(wú)針焊具(1)的旋轉(zhuǎn)速度為1200rpm、焊接速度為400mm/min,無(wú)針焊具(I)的傾角為4° ，軸肩壓入深度超過(guò)帶狀焊絲厚度0.18_。
全文摘要
一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法，它涉及一種填入式攪拌摩擦處理方法，以解決高能束粉末堆焊大多需要在氣體保護(hù)甚至真空條件下才能進(jìn)行的問(wèn)題。方法一、處理前準(zhǔn)備將送絲輪和定位導(dǎo)輪固定于焊機(jī)主軸上，待處理材料裝夾，帶狀焊絲置于定位導(dǎo)輪下，定位導(dǎo)輪緊貼待處理材料表面，將帶狀焊絲固定于待處理材料的表面，將帶狀焊絲的端部置于無(wú)針焊具的正下方；二、攪拌摩擦處理過(guò)程啟動(dòng)焊機(jī)，無(wú)針焊具開(kāi)始垂直向下進(jìn)給，無(wú)針焊具的軸肩與帶狀焊絲端部接觸并逐漸壓入待處理材料的上表面，利用軸肩的攪拌和鍛壓作用將帶狀焊絲堆焊于待處理材料表面；三、焊后清理用剪鉗剪斷焊絲，用鋼絲刷去除殘留的焊絲材料及飛邊。本發(fā)明用于攪拌摩擦處理。
文檔編號(hào)B23K20/12GK103170726SQ20131012820
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者黃永憲, 韓冰, 呂世雄, 萬(wàn)龍, 劉會(huì)杰, 馮吉才 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)