專利名稱：一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法
技術領域：
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：
攪拌摩擦處理(friction stir processing縮寫為FSP)是由美國密蘇里大學(University of Missouri)的 R S M ISHRA 于 2000 年基于攬拌摩擦焊(friction stirwelding縮寫為FSW)工藝提出的材料改性與制備新技術?？蓪嚢枘Σ梁钢苯佑糜跓o焊縫的完整材料上，直接對材料進行攪拌摩擦處理，其目的并不是焊接，而是進行改善金屬材料性能的處理，例如對金屬母材進行表面處理或熔焊后的鋁合金焊縫進行焊后處理。FSP獨特而顯著的優(yōu)勢在于以摩擦熱作為熱源，用機械加工的方法實現(xiàn)材料表面晶粒細化、塊狀材料晶粒細化以及表面復合材料的制備，具有環(huán)保、節(jié)能等特點。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；通過堆焊可以修復外形不合格的金屬零部件及產(chǎn)品，或制造雙金屬零部件；采用堆焊可以延長零部件的使用壽命，降低成本，改進產(chǎn)品設計，尤其對合理使用材料(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，難以同時達到高效和低稀釋率的目標。為了提高堆焊效率必然導致熱輸入的增加，基材的熔深增大，堆焊層性能下降。近年來，高能束粉末堆焊技術的提出有望解決上述問題。高能束粉末堆焊技術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現(xiàn)熱輸入的準確控制，獲得熱畸變小、稀釋率小、組織致密、成型美觀、性能優(yōu)越的堆焊層，而且，高能束粉末堆焊生產(chǎn)率高，堆焊過程易于實現(xiàn)機械化和自動化。然而，與普通的堆焊方法相比較，高能束粉末堆焊技術大多需要在氣體保護甚至真空條件下才能順利進行，而且，焊接設備也更加復雜，一次性投資大，生產(chǎn)成本高，距離生產(chǎn)實際尚有一定距離，特別是對于激光堆焊技術來說。

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甚至真空條件下才能順利進行，焊接效率低，焊接成本高的問題，提出一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法。本發(fā)明方法是通過以下步驟實現(xiàn)的:步驟一、處理前準備:將送絲輪和定位導輪安裝固定于焊機主軸上，將待處理材料進行裝夾，將帶狀焊絲置于定位導輪之下，定位導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針焊具的正下方，帶狀焊絲的寬度d應等于或小于無針焊具的軸肩直徑D ;步驟二、攪拌摩擦處理過程:啟動焊機，無針焊具開始垂直向下進給，隨后，無針焊具的軸肩開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，攪拌摩擦處理開始，定位導輪和無針焊具與主軸一同沿焊接方向運動，無針焊具的旋轉速度為IOOrpm lOOOrpm、焊接速度為50mm/min 1000mm/min,無針焊具的傾角為0.5° 4° ,軸肩壓入深度可超過帶狀焊絲厚度0.1mm 0.2_，利用無針焊具的軸肩強烈的機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)則的魚鱗紋焊縫；步驟三、焊后清理:送絲輪、定位導輪和無針焊具與焊機主軸一同提起后，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:一、本發(fā)明屬于固相連接方法，利用無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，焊接殘余應力降低，材料稀釋率降低，界面結合強度提高，被處理區(qū)域的表面平滑美觀；本發(fā)明的工作環(huán)境清潔，無需真空或氣體保護，處理過程無弧光、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，從而滿足不同的生產(chǎn)需要，得到不同厚度和特性的表面層結構。三、通過選用不同種類的帶狀焊絲，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程示意圖；圖3是圖2的俯視圖。
具體實施例方式具體實施方式
一:結合圖1 圖3說明本實施方式，本實施方式是通過以下步驟實現(xiàn)的:步驟一、處理前準備:將送絲輪3和定位導輪4安裝固定于焊機主軸上，將待處理材料2進行裝夾，將帶狀焊絲5置于定位導輪4之下，定位導輪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，見圖1，將帶狀焊絲5的端部置于無針焊具I的正下方，使其端部在焊接開始時能夠完全被軸肩所覆蓋，帶狀焊絲5的寬度d應等于或小于無針焊具I的軸肩直徑D，使得帶狀焊絲5的兩側邊緣在處理過程中能夠完全被軸肩所覆蓋；可設計桁架結構，送絲輪3和定位導輪4通過桁架結構固定安裝于焊機主軸上；步驟二、攪拌摩擦處理過程:啟動焊機，無針焊具I開始垂直向下進給，隨后，無針焊具I的軸肩開始與帶狀焊絲5的端部接觸并逐漸壓入待處理材料2的上表面，攪拌摩擦處理開始，定位導輪4和無針焊具I與主軸一同沿焊接方向運動，無針焊具I的旋轉速度為IOOrpm lOOOrpm、焊接速度為50mm/miη 1000mm/min,無針焊具I的傾角為0.5° 4°，軸肩壓入深度可超過帶狀焊絲厚度0.1mm 0.2_，利用無針焊具I的軸肩強烈的機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)則的魚鱗紋焊縫；無針焊具I的旋轉方向、無針焊具I的焊接方向、定位導輪4旋轉方向、帶狀焊絲5的送進方向和送絲輪3旋轉方向如圖2所示，無針焊具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、定位導輪4和無針焊具I與焊機主軸一同提起后，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。
具體實施方式
二:結合圖3說明本實施方式，本實施方式是攪拌頭1、定位導輪4、帶狀焊絲5、送絲輪3位于同一直線上。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:結合2和圖3說明本實施方式，本實施方式是步驟一中定位導輪4兩側設計有凸緣4-1，凸緣4-1高度應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，凸緣4-1引導帶狀焊絲5沿焊接方向鋪設。其它步驟與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四:結合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式是步驟一中的帶狀焊絲5的寬度d比無針焊具I的軸肩直徑D小0.3mm。其它步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五:結合圖1 圖3說明本實施方式，本實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構的堆焊層。當帶狀焊絲5采用多層重疊的方式進行焊接時，定位導輪4兩側的凸緣4-1高度應大于或等于多層帶狀焊絲5的累加厚度。其它步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
六:結合圖2說明本實施方式，本實施方式是步驟二中的無針焊具I的旋轉速度為500rpm、焊接速度為600mm/min，無針焊具I的傾角為2°，軸肩壓入深度超過帶狀焊絲厚度0.12mm。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七:結合圖2說明本實施方式，本實施方式是步驟二中的無針焊具I的旋轉速度為800rpm、焊接速度為200mm/min，無針焊具I的傾角為1°，軸肩壓入深度超過帶狀焊絲厚度0.14mm。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八:結合圖2說明本實施方式，本實施方式是步驟二中的無針焊具I的旋轉速度為800rpm、焊接速度為500mm/min，無針焊具I的傾角為3°，軸肩壓入深度超過帶狀焊絲厚度0.15mm。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九:結合圖2說明本實施方式，本實施方式是步驟二中的無針焊具I的旋轉速度為lOOOrpm、焊接速度為300mm/min，無針焊具I的傾角為1°，軸肩壓入深度超過帶狀焊絲厚度0.16mm。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十:結合圖2說明本實施方式，本實施方式是步驟二中的無針焊具I的旋轉速度為1200rpm、焊接速度為400mm/min，無針焊具I的傾角為4°，軸肩壓入深度超過帶狀焊絲厚度0.18mm。其它步驟與具體實施方式
一相同。
權利要求
1.一種帶狀焊絲填入式攪拌摩擦處理方法，其特征在于:所述方法是通過以下步驟實現(xiàn)的: 步驟一、處理前準備:將送絲輪(3)和定位導輪(4)安裝固定于焊機主軸上，將待處理材料(2)進行裝夾，將帶狀焊絲(5)置于定位導輪(4)之下，定位導輪(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)的端部置于無針焊具(1)的正下方，帶狀焊絲(5)的寬度d應等于或小于無針焊具(1)的軸肩直徑D ; 步驟二、攪拌摩擦處理過程:啟動焊機，無針焊具(1)開始垂直向下進給，隨后，無針焊具(1)的軸肩開始與帶狀焊絲(5)的端部接觸并逐漸壓入待處理材料(2)的上表面，攪拌摩擦處理開始，定位導輪(4)和無針焊具(1)與主軸一同沿焊接方向運動，無針焊具(1)的旋轉速度為1OOrpm lOOOrpm、焊接速度為50mm/min 1000mm/min,無針焊具(1)的傾角為0.5° 4° ,軸肩壓入深度可超過帶狀焊絲厚度0.1mm 0.2mm,利用無針焊具(1)的軸肩強烈的機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)則的魚鱗紋焊縫； 步驟三、焊后清理:送絲輪(3)、定位導輪(4)和無針焊具(1)與焊機主軸一同提起后，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:所述步驟一中的無針焊具(1)、定位導輪(4)、帶狀焊絲(5)、送絲輪(3)位于同一直線上。
3.根據(jù)權利要求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輪(4)兩側設計有凸緣(4-1)，凸緣(4-1)高度應大于或等于帶狀焊絲(5)的厚度。
4.根據(jù)權利要求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比無針焊具(I)的軸肩直徑D小0.3mm。
5.根據(jù)權利要求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:所述步驟二中的無針焊具(1)的旋轉速度為500rpm、焊接速度為600mm/min,無針焊具(I)的傾角為2°，軸肩壓入深度超過帶狀焊絲厚度0.12mm。
7.根據(jù)權利要求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:所述步驟二中的無針焊具(1)的旋轉速度為800rpm、焊接速度為200mm/min,無針焊具(I)的傾角為1°，軸肩壓入深度超過帶狀焊絲厚度0.14mm。
8.根據(jù)權利要求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:所述步驟二中的無針焊具(1)的旋轉速度為800rpm、焊接速度為500mm/min,無針焊具(I)的傾角為3°，軸肩壓入深度超過帶狀焊絲厚度0.15mm。
9.根據(jù)權利要求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:所述步驟二中的無針焊具(1)的旋轉速度為lOOOrpm、焊接速度為300mm/min，無針焊具(I)的傾角為1°，軸肩壓入深度超過帶狀焊絲厚度0.16_。
10.根據(jù)權利要求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:所述步驟二中的無針焊具(1)的旋轉速度為1200rpm、焊接速度為400mm/min,無針焊具(I)的傾角為4° ，軸肩壓入深度超過帶狀焊絲厚度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甚至真空條件下才能進行的問題。方法一、處理前準備將送絲輪和定位導輪固定于焊機主軸上，待處理材料裝夾，帶狀焊絲置于定位導輪下，定位導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針焊具的正下方；二、攪拌摩擦處理過程啟動焊機，無針焊具開始垂直向下進給，無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B23K20/12GK103170726SQ20131012820
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權日2013年4月12日
發(fā)明者黃永憲, 韓冰, 呂世雄, 萬龍, 劉會杰, 馮吉才 申請人:哈爾濱工業(yè)大學