一種鎂合金零件的堆焊成形再制造方法
【專利摘要】一種鎂合金零件的堆焊成形再制造方法屬于廢舊、損傷零件的再制造領(lǐng)域。本發(fā)明打磨去除零件表面上的疏松、氣孔、裂紋等缺陷，使用堆焊成形技術(shù)精確恢復(fù)零件尺寸損失，堆焊成形完成后立刻用火焰加熱堆焊成形層至鎂合金熔點(diǎn)下100-200℃，用攪拌摩擦焊設(shè)備對堆焊成形層進(jìn)行往返攪拌摩擦后處理；本發(fā)明中的再制造區(qū)域金相組織晶粒均勻細(xì)小，無明顯的晶粒粗大熱影響區(qū)；即使在大拘束、大面積缺陷區(qū)域再制造情況下也沒有熱裂紋與氣孔產(chǎn)生；再制造過程最終產(chǎn)生的殘余應(yīng)力非常小，再制造區(qū)域強(qiáng)度高。
【專利說明】一種鎂合金零件的堆焊成形再制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于廢舊、損傷零件的再制造領(lǐng)域，具體是一種廢舊、損傷鎂合金零件的再制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金具有比強(qiáng)度高、抗振能力強(qiáng)、加工性能好及電磁屏蔽能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在航天航空、交通等其它國防裝備等領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景。鑄造鎂合金零件受各種因素的影響，有時(shí)會在鑄造鎂合金表面產(chǎn)生氣孔、疏松等缺陷，使零件成為不合格產(chǎn)品。特別是飛機(jī)上的一些大型鎂合金零件，由于形狀復(fù)雜且壁厚不均勻，很容易產(chǎn)生鑄造缺陷，一些零件的廢品率甚至達(dá)到50%。此外，服役中的鎂合金零件受摩擦、腐蝕、疲勞沖擊等原因會產(chǎn)生磨損、腐蝕坑及裂紋等缺陷。直接廢棄這些損傷、廢舊鎂合金零件會造成嚴(yán)重的材料與能源的浪費(fèi)。采用先進(jìn)的再制造技術(shù)對其進(jìn)行再制造生產(chǎn)具有重要的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。
[0003]目前，含缺陷鎂合金零件的再制造一般采用鎢極氬弧(TIG)或熔化極氣體保護(hù)堆焊(GMAW)、激光熔敷等技術(shù)。但鎂合金易氧化、膨脹系數(shù)與熱導(dǎo)率大，易與許多合金元素固熔形成低熔點(diǎn)共晶體，鎢極氬弧堆焊等技術(shù)存在應(yīng)力應(yīng)變大，熱裂紋與氣孔傾向大，焊縫熱影響區(qū)晶粒粗大等問題。特別是大面積缺陷的再制造時(shí)，熱累積更為嚴(yán)重，拘束度也更大，上述焊接問題也就更為嚴(yán)重。攪拌摩擦焊是英國焊接研究所發(fā)明的一種固相連接技術(shù)，利用插入被焊金屬內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的攪拌針與被焊金屬之間的摩擦熱使被焊技術(shù)產(chǎn)生塑化，達(dá)到被焊金屬連接的目的。但攪拌摩擦焊本身沒有使用填充金屬，不能用于體積缺損零件的再制造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對損傷鎂合金零件的再制造難題，本發(fā)明提供一種堆焊(激光熔敷、TIG熔敷、GMAff熔敷)成形復(fù)合攪拌摩擦后處理的再制造方法，再制造區(qū)域殘余應(yīng)力小，晶粒細(xì)小均勻，沒有熱裂紋與氣孔產(chǎn)生。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種鎂合金零件的堆焊成形再制造方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0007]步驟一:對鎂合金零件缺陷部位進(jìn)行打磨，去除缺陷，直至露出新鮮的金屬表面，對于裂紋損傷要使用著色劑檢測是否打磨干凈；
[0008]步驟二:使用堆焊成形技術(shù)精確恢復(fù)零件尺寸損失；
[0009]當(dāng)缺陷區(qū)域?qū)挾扰c單道成形焊縫寬度相當(dāng)時(shí)，采用單道焊恢復(fù)體積損失；當(dāng)缺陷區(qū)域?qū)挾却笥趩蔚莱尚魏缚p寬度時(shí)，采用多道搭接堆焊恢復(fù)體積損失；
[0010]當(dāng)缺陷區(qū)域深度小于單道成形焊縫高度時(shí)，采用單層堆焊恢復(fù)體積損失；當(dāng)缺陷區(qū)域深度大于單道成形焊縫高度時(shí)，采用多層堆焊恢復(fù)體積損失；
[0011]步驟三:堆焊成形完成后立刻用火焰加熱堆焊成形層至鎂合金熔點(diǎn)下100-200 0C ；[0012]步驟四:用攪拌摩擦焊設(shè)備對堆焊成形層進(jìn)行往返攪拌摩擦后處理，旋轉(zhuǎn)的攪拌頭插入堆焊成形層，當(dāng)整個(gè)攪拌頭插入成形層并依靠摩擦熱使其周圍材料成為半固態(tài)后，攪拌頭向前運(yùn)動(dòng)，直至覆蓋整個(gè)堆焊成形層，堆焊成形材料重新變?yōu)楣虘B(tài)；
[0013]攪拌頭長度等于堆焊成形層厚度，也即缺陷區(qū)域深度；
[0014]攪拌摩擦焊道之間的搭接量，即相鄰兩個(gè)攪拌摩擦焊道中心之間的距離與單道攪拌摩擦焊道寬度之比為40% -65%。
[0015]如圖2所示，堆焊成形材料重新變位固態(tài)后，晶粒細(xì)化、殘余應(yīng)力減小，堆焊成形時(shí)產(chǎn)生的熱裂紋、氣孔等缺陷得以彌合；
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:再制造區(qū)域金相組織晶粒均勻細(xì)小，無明顯的晶粒粗大熱影響區(qū)；即使在大拘束、大面積缺陷區(qū)域再制造情況下也沒有熱裂紋與氣孔產(chǎn)生；再制造過程最終產(chǎn)生的殘余應(yīng)力非常小，再制造區(qū)域強(qiáng)度高。采用回填式攪拌摩擦工藝避免結(jié)束時(shí)攪拌頭收起造成的小孔問題；攪拌頭所需的功率小，可以以機(jī)器人為載體。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是再制造過程示意圖。
[0018]圖2是攪拌摩擦處理路徑示意圖。
[0019]圖3是修復(fù)成形層金相組織。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本實(shí)施方案中的對象為一飛機(jī)座艙ZM5鎂合金零件，鑄造時(shí)其一端面上5cmX3cm范圍內(nèi)產(chǎn)生系列疏松，最深為3mm，若對整個(gè)端面進(jìn)行機(jī)械加工去除疏松，則端面厚度不能滿足要求。采用本發(fā)明技術(shù)對其進(jìn)行再制造，堆焊成形具體采用交流MIG焊工藝。具體步驟為:
[0021]I)首現(xiàn)采用機(jī)械加工的方法在端面疏松處開長寬深分別為5cmX3cmX 3mm的槽，去除疏松缺陷；
[0022]2)采用交流MIG焊工藝在凹槽內(nèi)進(jìn)行多層多道堆焊成形，MIG焊工藝參數(shù)為焊接電流120A、送絲速度8m/min、焊接速度15mm/s、保護(hù)氣體流量21L/min,采用純気保護(hù)；
[0023]單道成形焊縫寬度高度分別為8mm、1mm，焊道間搭接系數(shù)為63%，每堆焊成形層為7道焊道，共3層；
[0024]3)堆焊成形完成后用火焰加熱堆焊成形層至500°C ；
[0025]4)用攪拌摩擦焊設(shè)備對堆焊成形層進(jìn)行攪拌摩擦后處理，攪拌摩擦處理區(qū)域與堆焊成形區(qū)域相比要向外擴(kuò)展4mm，攪拌頭直徑8mm，長度4mm，路徑如圖2所示。
[0026]修復(fù)成形層的抗拉強(qiáng)度為251MPa，達(dá)到母材的95%。修復(fù)成形層中無裂紋、氣孔產(chǎn)生，金相組織為均勻細(xì)小的等軸晶，如圖3所示。
【權(quán)利要求】
1.一種鎂合金零件的堆焊成形再制造方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟一:對鎂合金零件缺陷部位進(jìn)行打磨，去除缺陷，直至露出新鮮的金屬表面，對于裂紋損傷要使用著色劑檢測是否打磨干凈； 步驟二:使用堆焊成形技術(shù)精確恢復(fù)零件尺寸損失； 當(dāng)缺陷區(qū)域?qū)挾扰c單道成形焊縫寬度相當(dāng)時(shí)，采用單道焊恢復(fù)體積損失；當(dāng)缺陷區(qū)域?qū)挾却笥趩蔚莱尚魏缚p寬度時(shí)，采用多道搭接堆焊恢復(fù)體積損失； 當(dāng)缺陷區(qū)域深度小于單道成形焊縫高度時(shí)，采用單層堆焊恢復(fù)體積損失；當(dāng)缺陷區(qū)域深度大于單道成形焊縫高度時(shí)，采用多層堆焊恢復(fù)體積損失； 步驟三:堆焊成形完成后立刻用火焰加熱堆焊成形層至鎂合金熔點(diǎn)下100-200°c ；步驟四:用攪拌摩擦焊設(shè)備對堆焊成形層進(jìn)行往返攪拌摩擦后處理，旋轉(zhuǎn)的攪拌頭插入堆焊成形層，當(dāng)整個(gè)攪拌頭插入成形層并依靠摩擦熱使其周圍材料成為半固態(tài)后，攪拌頭向前運(yùn)動(dòng)，直至覆蓋整個(gè)堆焊成形層，堆焊成形材料重新變?yōu)楣虘B(tài)； 攪拌頭長度等于堆焊成形層厚度，也即缺陷區(qū)域深度； 攪拌摩擦焊道之間的搭接量，即相鄰兩個(gè)攪拌摩擦焊道中心之間的距離與單道攪拌摩擦焊道寬度之比為40% -65%。
【文檔編號】B23K20/12GK104014978SQ201410247205
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】朱勝, 殷鳳良, 王曉明, 姚巨坤, 王啟偉, 劉玉項(xiàng), 王之千 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院