搅拌摩擦焊接缺陷的补焊方法
搅拌摩擦焊接缺陷的补焊方法
搅拌摩擦焊接缺陷的补焊方法
搅拌摩擦焊接是一种先进的金属焊接技术，但在实际应用过程中仍有可能出现一些焊接缺陷。
其中，最常见的缺陷类型包括气孔、裂纹和未熔合等。
这些缺陷不仅会降低焊接件的性能，还可能导致焊接处的破裂和断裂。
为了解决这些问题，可以采用补焊方法来修复搅拌摩擦焊接缺陷。
具体的补焊方法包括以下几个步骤：
1. 清除焊接处的污垢和氧化物，确保焊接表面干净。
2. 根据缺陷的类型和大小，选择合适的焊接材料和工艺参数。
3. 使用焊接设备对缺陷部位进行补焊。
在补焊时，需要注意焊
接速度、焊接压力和焊接温度等因素，以确保焊接质量。
4. 检验补焊后的焊接质量。
通常采用非破坏性检测方法，如X
射线检测、超声波检测和磁粉检测等。
总之，补焊是一种有效的方法，可以修复搅拌摩擦焊接缺陷，并提高焊接件的性能和寿命。
但是，为了避免焊接缺陷的产生，我们还应该在焊接过程中加强质量控制和管理，确保焊接质量符合标准和要求。
- 1 -。
搅拌摩擦焊匙孔和缺陷的近等强修复技术
搅拌摩擦焊匙孔和缺陷的近等强修复技术搅拌摩擦焊是一种高效、环保、经济的焊接技术，它能够将金属材料在高温下进行摩擦搅拌使其表面发生塑性变形，从而实现焊接的目的。
然而，在搅拌摩擦焊过程中，由于各种原因，如焊接参数设置不当、金属材料质量差等，可能会导致焊接件出现匙孔和缺陷。
这些缺陷会导致焊接件的强度和密封性降低，从而影响其使用寿命。
为此，近等强修复技术应运而生，它能够有效地修复焊接件中的匙孔和缺陷，提高其使用寿命。
近等强修复技术是一种利用高能束流或激光束在焊接件表面进行扫描和熔融，从而实现缺陷修复的技术。
该技术具有成本低、效率高、精度高等优点，因此在焊接行业得到了广泛应用。
在修复焊接件中的匙孔和缺陷时，近等强修复技术可以实现局部加热，使焊接件中的缺陷处发生熔融和流动，从而填充缺陷并提高其密封性和强度。
与传统的焊接修复方法相比，近等强修复技术具有以下优点：1. 高效性：近等强修复技术可以实现局部加热，从而快速修复焊接件中的匙孔和缺陷，大大提高了修复效率。
2. 精度高：近等强修复技术可以根据需要调整加热和冷却参数，从而实现对焊接件的精确修复。
3. 成本低：近等强修复技术不需要使用大量的材料，也不需要进行大规模的设备投资，因此成本较低。
4. 环保性好：近等强修复技术不需要使用大量的化学药品，也不会产生大量的废弃物，因此对环境的影响较小。
近等强修复技术在焊接行业中的应用越来越广泛。
在焊接件生产过程中，如果发现焊接件中存在匙孔和缺陷，可以使用近等强修复技术进行修复，从而提高焊接件的质量和性能。
此外，在焊接件使用过程中，如果出现损坏或者磨损，也可以使用近等强修复技术进行修复，延长焊接件的使用寿命。
搅拌摩擦焊是一种高效、环保、经济的焊接技术，但在焊接过程中可能会出现匙孔和缺陷，影响焊接件的使用寿命。
近等强修复技术是一种有效的修复技术，它能够快速、精确地修复焊接件中的匙孔和缺陷，提高其使用寿命。
在未来的发展中，搅拌摩擦焊和近等强修复技术将继续得到广泛的应用，为焊接行业的发展注入新的活力。
搅拌摩擦焊焊接工装的故障分析与维修方法
搅拌摩擦焊焊接工装的故障分析与维修方法一、搅拌摩擦焊简介搅拌摩擦焊是一种高效的固态焊接工艺，适用于各种金属材料的接合。
在搅拌摩擦焊工艺中，焊接头与工件表面之间的摩擦力和挤压力产生摩擦热，达到材料塑性流动的温度，实现焊接。
然而，由于搅拌摩擦焊的复杂性，工装在使用过程中可能会出现故障，影响焊接质量。
二、故障分析1. 工装移动不灵活：工装在搅拌摩擦焊过程中需要进行多轴运动，如果工装的传动部件受损或润滑不良，可能导致工装移动不灵活。
2. 搅拌头异常：搅拌摩擦焊的关键部件是搅拌头，如果搅拌头受损或磨损过度，将严重影响焊接质量。
3. 温度控制不准确：搅拌摩擦焊需要控制焊接区域的温度，如果温度控制不准确，将导致焊接质量下降。
4. 焊接压力异常：焊接压力是影响焊接质量的重要参数，如果焊接压力异常，可能导致焊接头与工件之间的不良接触，影响焊接效果。
三、维修方法1. 定期保养：定期对搅拌摩擦焊工装进行保养，包括清洁、润滑和检查传动部件等，确保工装的正常运行。
2. 更换损坏部件：一旦发现工装的传动部件、搅拌头等关键部件损坏或磨损严重，应及时更换，确保焊接质量。
3. 调整温度控制：根据焊接工艺要求，调整搅拌摩擦焊设备的温度控制参数，确保焊接区域的温度稳定在合适的范围内。
4. 调整焊接压力：根据焊接工件的要求，调整搅拌摩擦焊设备的焊接压力参数，确保焊接压力稳定，保证焊接质量。
通过对搅拌摩擦焊工装故障的分析和相应的维修方法，可以有效提高焊接质量，延长设备使用寿命，确保生产过程的顺利进行。
只有在实践中不断总结经验，才能更好地发挥搅拌摩擦焊工艺的优势，为工件的制造提供更可靠的保障。
伸缩式搅拌头厚铝板搅拌摩擦焊缺陷及其补焊工艺
伸缩式搅拌头厚铝板搅拌摩擦焊缺陷及其补焊工艺李博;沈以赴;胡伟叶【摘要】By using the telescopic stir-pin, 25 mm-thickness 2219-T6 aluminum alloy couple plates were successfully friction-stir welded, and no plunge-through defect induced by the press amount of tool-shoulder was observed in the multi-pass repairing welding process. The microstructures in sound friction-stir welds, material-loss typed and weak-link typed weld defects were observed. The results show that the weld along the weld-thickness direction can be divided into shoulder-affected and pin-affected zones. The formation of defects is associated with the change of the welding parameters, and the inner material-loss typed defects follow volume conservation relationship. For the welds with different-size root flaws prepared by telescopic stir-pin, a non-linear relationship exists between the root-flaw depth and the weld tensile strength. In addition, under the unified welding parameters, by adjusting the telescopic pin length, the effects of multi-pass welding on the microstructure and properties of the resultant welds were investigated.%采用伸缩式搅拌头对25 mm板厚2219-T6铝合金进行搅拌摩擦焊,在多道补焊时避免搅拌头轴肩的二次下压量造成的底部焊穿.对25 mm板厚2219-T6搅拌摩擦焊焊缝的微观组织、材料缺失型缺陷及弱连接型缺陷进行观察.结果表明:焊缝沿厚度方向分为轴肩影响区和搅拌针影响区,焊接参数的变化与这两区域中缺陷的产生存在一定关系,焊缝中的材料缺失型缺陷遵循一定的体积守恒关系.利用伸缩式搅拌头制备不同尺寸的焊缝根部未焊透缺陷,发现未焊透的深度与焊缝抗拉强度呈非线性关系.在统一的焊接参数规范下,调整搅拌针伸出长度进行多道焊,研究多道补焊工艺对焊缝组织性能的影响.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2012(022)001【总页数】10页(P62-71)【关键词】2219铝合金;搅拌摩擦焊;焊缝缺陷;伸缩式搅拌头;多道焊【作者】李博;沈以赴;胡伟叶【作者单位】南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京210016;中国航天科工集团南京晨光厂工艺研究所,南京210012【正文语种】中文【中图分类】TG146.2搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)作为一种多用于铝合金的新型固相连接技术，可避免传统熔化焊造成的焊缝冶金缺陷[1-3]。
搅拌摩擦焊接缺陷的补焊方法
Cu
Mn
Fe
Ti
V
Zn
Si
Zr
Al 抗拉强度 RmΠMPa 屈服强度 ReLΠMPa 断后伸长率 A ( %)
6. 48 0. 32 0. 23 0. 06 0. 08 0. 04 0. 49 0. 2 余量
432
315
11
1. 2 焊接及补焊方法 为方便起见 ,将对原始母材直接焊接所形成的
收稿日期 : 2008 - 04 - 30 基金项目 : 哈尔滨工业大学优秀团队支持计划项目资助 ; 国家科技
4
焊 接 学 报
第 30 卷
后退侧 (即 RS) ,具体位置介于焊缝与热影响区的界 面附近 ,断裂方向与焊缝表面成一定的角度. 至于
拉伸时补焊接头均断在焊缝后退侧的原因 ,则有待 于进一步的研究.
图 5 与不同缺陷对应的补焊接头的拉伸断裂位置 Fig15 Fracture locations of repaired joints corre sponding to different defects
采用优化的工艺参数进行补焊后 ,原来含有沟 槽缺陷的接头强度从 152 MPa 提高到了 335 MPa ,而 原来含有孔洞和未焊合缺陷的接头强度分别从 307 和 308 MPa 提高到了 343 ,341 MPa ,都接近于优质原 始接头的强度 ,达到母材强度的 78 %以上. 与此同 时 ,原来含有沟槽缺陷的原始接头经补焊后其断后 伸长率达到 8. 4 % ,而原来含有孔洞缺陷和未焊合 缺陷的原始接头经补焊后其断后伸长率均已达到 10 % ,是母材的 91 %. 这些结果表明 ,采用搅拌摩擦 补焊技术可以消除原始接头中所存在的焊接缺陷 , 而且接头性能能够达到优质原始接头的性能 ,满足 工程对接头质量和力学性能的要求.
铝合金搅拌磨擦焊焊接的方法及缺陷分析
铝合金搅拌磨擦焊焊接的方法及缺陷分析摘要：主要讲述搅拌摩擦焊的原理和特点，现阶段在生产实际中的应用，论述了铝合金焊搅拌摩擦焊原理、特点、设备及焊接中出现的常见焊接缺陷的类型和原因，总结了影响缺陷产生的因素。
关键词：搅拌摩擦焊；铝合金；工艺参数；焊接缺陷引言铝合金焊搅拌摩擦焊接法的开发随着铝合金在高铁、城市轨道客车、汽车、高速艇航空航天等方面应用日益扩大，如何对铝合金进行高效率、高质量的焊接，低成本生产、低人员投入。
生产过程中对环境绿色低碳排放。
就成为突出的课题。
在国外搅拌摩擦焊接技术的发展已是十分成熟，理论体系也较为系统。
但目前的搅拌摩擦焊的研究和应用主要还是铝合金、钢材等高熔点材料。
由于搅拌摩擦焊接技术本身的技术优越特点，加之其独特性与不可替代性，都将会是未来焊接技术发展必然方向之一。
一、搅拌摩擦焊的原理搅拌摩擦焊是一种在机械力和摩擦热作用下的固相连接方法。
搅拌摩擦焊过程中，一个柱形带特殊轴肩和针凸的搅拌头旋转着缓慢插入被焊接工件，搅拌头和被焊接材料之间的摩擦剪切阻力产生了摩擦热，使搅拌头邻近区域的材料热塑化（焊接温度一般不会达到和超过被焊接材料的熔点），当搅拌头旋转着向前移动时，热塑化的金属材料从搅拌头的前沿向后沿转移，并且在搅拌头轴肩与工件表层摩擦产热和锻压共同作用下，形成致密固相连接接头。
二、搅拌摩擦焊的特点搅拌摩擦焊具有适合于自动化和机器人操作的诸多优点。
对于有色金属材料（如铝、铜、镁、锌等）的连接。
在焊接方法、接头力学性能和生产效率上具有其他焊接方法无可比拟的优越性，它是一种高效、节能、环保型的新型连接技术。
搅拌摩擦焊对材料的适应性很强，几乎可以焊接所有类型的铝合金材料，由于搅拌摩擦焊接过程较低的焊接温度和较小的热输入，一般搅拌摩擦焊接头具有变形小、接头性能优异等特点；可以焊接目前熔焊“不能焊接”和所谓“难焊”的金属材料；搅拌摩擦焊对于镁合金、锌合金、铜合金、铅合金以及铝基复合材料等材料的板状对接或搭接的连接也是优先选择的焊接方法；1.焊接效率高对于铝合金车辆地板焊缝，当壁厚1.5mm时，可以实现4-6mm/min的焊接速度，当壁厚2-2.5mm时，可以实现3-5mm/min的焊接速度。
搅拌摩擦焊接头缺陷检测与修复方法
搅拌摩擦焊接头缺陷检测与修复方法中图分类号：T341 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）11-0048-011 缺陷的检测方法铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷具有紧贴、细微、取向复杂等特点，增加了缺陷无损检测的难度，目前的检测方法主要有：超声检测、射线探伤、涡流探伤、激光干涉等检测方法。
1.1 超声检测法超声检测技术是基于声波在材料中的传播路径与材料的均匀性有关，当声波的传播路径上出现缺陷时，就会改变原来的传播特性，产生反射、折射和波形转换。
超声检测技术是目前应用于搅拌摩擦焊接头缺陷检测的一种理想的无损检测方法，也是应用最广泛的一种方法，具有灵敏度和检出率高、缺陷定位准确等优点。
超声波定性检测缺陷的方法主要有波形判别法、回波相位法、频谱分析法、超声C和B 扫描法等[1]。
刘松平[2]等人研究了利用超声反射法检测搅拌摩擦焊缝区不同取向的缺陷。
通过计算分析超声波在焊缝区的声波入射角、缺陷取向和缺陷紧贴性对声波反射的影响，确定入射声波的角度变化范围，通过改变入射角获取入射声波在缺陷处的最佳声学反射方向，提高入射声波对不同取向缺陷的检出能力。
检测结果表明，该法可以有效地检出铝合金搅拌摩擦焊缝区不同取向焊接缺陷，是解决搅拌摩擦焊缝区微细和紧贴型缺陷无损检测的一种可行的方法。
另外，利用高分辨率超声波在缺陷的反射回波信号波形（即频谱）的不同，还可以区分缺陷的性质或类型。
徐蒋明[3]等人通过超声波检测中的前后扫查和左右扫查获取缺陷的超声波回波动态波形，分别描述了铝合金搅拌摩擦焊焊缝的包铝陷入缺陷、隧道孔缺陷和未焊透缺陷的动态波形特点，并分析了各缺陷动态波形形成的原因。
结果表明三种缺陷左右扫查的动态波形相似；隧道孔缺陷的前后扫查动态波形具有自身特征，而包铝陷入缺陷和未焊透缺陷的前后扫查动态波形具有光滑平面反射体的前后扫查的动态波形特征，需要辅助以其他手段来区分这两种缺陷并对其定性。
1.2 X射线检测法X射线检测方法基于射线束穿过缺陷区引起的能量衰减原理，利用合理感光材料或用记录仪器记录这种能量衰减，以灰（黑）度变化来评定缺陷的存在。
搅拌摩擦焊的缺陷类型及其检测技术探析
搅拌摩擦焊的缺陷类型及其检测技术探析随着工业科技的发展，工程制造对焊接工艺提出了更高的要求，搅拌摩擦焊作为一种高质量的焊接技术，被广泛应用在航空制造领域。
但在焊接过程中，可能会出现孔洞、沟槽等焊接缺陷，严重制约着该项技术的推广，文章就搅拌摩擦焊的缺陷类型和检测技术进行了深入剖析，实1 概述随着科学技术的快速发展，搅拌摩擦焊技术得到了快速发展，已经在很多领域得到广泛应用，并发挥着非常重要的作用，尤其在航空制造业领域得到广泛应用。
该技术自上世纪九十年代初问世以来，得到了世界各国相关行业的重视，不断加大对其技术的研究力度，从而使该工艺技术得到了迅速发展，以高质量焊接技术被迅速推广应用开来。
但该项技术在工艺参数选择不当时，还是会出现孔洞、沟槽等等焊接缺陷。
基于此，文章首先对搅拌摩擦焊工艺特点、应用领域进行了简要介绍，进而对搅拌摩擦焊接中可能出现的缺陷进行了深入研究，并对缺陷的形成原因进行了剖析，在文章的最后对检测缺陷的技术方法做了进一步总结研究，以便能够使人们对搅拌摩擦焊的缺陷类型和检测技术有更为详细的认识，同时也使搅拌摩擦焊技术充分发挥出其应有的作用和价值。
2 搅拌摩擦焊技术2.1 搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊自1991年在英国焊接研究所问世以来，以高质量焊接效果被各工程制造企业所追捧，在近几十年得到快速发展，成为了一种较为成熟的低熔点合金焊接技术。
在传统焊接技术中，由于焊接温度较高，对低温合金材料焊接时，会因材料熔化而造成热裂缝等焊接缺陷，但在搅拌摩擦焊接过程中，由于焊接温度始终低于材料的熔点，可以实现低温焊接，这一焊接效果解决了低温合金焊接的难题，在低熔点有色金属焊接中，可以应用于接头焊接和不同焊接位置的连接。
2.2 工艺特点搅拌摩擦焊技术在经过近几年的快速发展，工艺逐渐完善成熟，在焊接过程中，省去了传统焊接中的焊条、保护气等消耗性材料，实现了绿色焊接，另外在焊接效果方面，以低损伤、高强度的优点，被称为是焊接领域的革命性改变。
2014铝合金搅拌摩擦焊缝的拉锻式摩擦塞补焊
般需要采用 拉锻式摩擦 塞补 焊
m m
。
本研究采用
2 0 14
度和 质量 因此 也 急需
，
一
种 新 的补 焊 技 术 实 现 搅 拌
。
拉锻式摩擦 塞 补焊技 术实现 了 4
，
厚度
铝合
摩擦焊接 缺 陷的修补 焊
金 搅拌摩擦焊接缺 陷 的修补 研 究 了塞 补 焊接 头 的
P lu g W e ld in g
”
“
对该技术进 行 了工 艺 优化 工 作
0
，
于
2000
年夏天
正 式将 摩 擦 塞 补 焊 技 术 应 用 于 航 天 外 贮 箱 的焊 缝 修
收 稿 日期
：
2009 0 3 10
．
；
修 订 日期
一
：
2009 0 5 10
—
作 者 简 介 ：赵 衍 华 ( 1 9 7 7
、
) 男 博 士 高级 工 程 师 主 要 从
研 究结果 表 明 摩擦 塞 补焊接 头 分为焊缝 区 热影 响 区 和母 材 区 三 部 分 焊缝
，
，
由细 小 的 等 轴 再 结 晶 组 织 构 成
。
选 择 合 适 的 焊 接 参 数 和 接 头 结 构 塞 补 焊 接 头 的抗 拉 强 度 可 以 达 到 3 3 0
。 ， ，
MPa
以上
，
达 到或超 过搅拌摩擦焊接头 强 度 化不 大 关键词
， ，
了变形 小 质量 高 缺 陷少 的搅 拌 摩 擦 焊 接 技 术 但
，
任何 焊 接 方 法 在
一
定情况 下 均会 产生 缺 陷
，
搅拌摩擦焊接质量控制
搅拌摩擦焊接质量控制概述搅拌摩擦焊接（Friction Stir Welding, FSW）是一种比传统焊接工艺更加先进的焊接技术。
其主要优点是产生的焊缝质量高且易于控制。
但是由于其工艺特点，控制焊接质量需要严谨的操作和精细的技术要求。
本文将介绍搅拌摩擦焊接的质量控制方法。
焊接参数的控制转速转速是影响焊接质量的重要因素之一。
一般来说，转速越高，焊缝质量就越高。
但是，过高的转速会导致焊接头过热，从而造成焊缝失真的情况。
因此，焊接参数的选择应该控制在合适的范围内。
在实际操作中，应根据所焊接的材料类型、厚度和板材尺寸等参数来确定转速的大小。
压力压力是控制焊缝质量的另一个关键因素。
压力大小可以影响焊缝的形貌和质量。
在实际操作中，压力的选择应结合工件的材料特点和板材的尺寸、形状等因素进行考虑。
同时，需要保证工件夹持的牢固性和压力的稳定性，以保证焊接质量的稳定性。
焊接速度焊接速度对焊接的温度和热量输入量也有一定的影响。
焊接速度较慢，热输入量较高，则焊缝的塑性和韧性较大；相反，热输入量较低，则焊缝的硬度较高，但是会使焊接头显得脆化。
对于不同材料和板材的焊接，应根据需要调整焊接速度。
焊接质量的检测外观检测焊缝的形态和外观通常是表现焊接质量的标志之一。
在操作过程中，需注意焊头的大小、形状是否符合要求，焊缝的颜色、延伸程度等是否满足标准要求。
超声波检测超声波检测技术是确定焊缝质量的有效方法。
其原理是利用超声波检测器对材料进行扫描，通过分析接收到的信号，可以判定焊接质量是否符合标准要求。
在密度较大的金属材料中，超声波检测效果更为显著。
金相显微镜检测金相显微镜检测是对焊缝微观结构进行分析的重要手段。
通过样品的金相制备、显微镜扫描等方法，可以观察到焊缝内部的金相组织分布情况和缺陷状况，从而进行焊接质量评估和改进。
焊接缺陷的处理在搅拌摩擦焊接过程中，焊接缺陷可能会出现，如焊瘤、气孔、裂纹等。
针对这些缺陷，需要进行及时的处理，以保证焊接质量的稳定性和可靠性。
铝合金搅拌摩擦焊缺陷及修补方法
工艺 因素存在 不 一 致 等 原 因 ，也 会 在 车 辆产 品生 产 中产 生一些 缺 陷 ，随着 该 项 技 术 在 铝 车体 制 造 上 的推广 应用 ，对 搅 拌 摩 擦 焊 缺 陷 的控 制 和处 理 已成 为轨 道 车辆 铝 合 金 车 体 生 产 中考 虑 的 问题 ， 也是 完善 铝 合 金 车 体 搅 拌 摩 擦 焊 工 艺 的 重 要 环 节 。
文 中着重 分 析 了搅 拌 摩擦 焊缺 陷分 析及 处理 方法 ，为 加快 搅拌 摩 擦 焊 技 术 在 铝 合金 车体 的推 广应 用 提供依 据 。
１ 搅 拌 摩 擦 焊 技 术 特 点
搅拌 摩擦 焊 是 一 项 相 连 接技 术 ，该技 术 通
收 稿 日期 ：２０１６－０２—２５ 基 金 项 目 ：长春 市 重 大科 技攻 关 项 目（２０１３０３５）；长春 轨 道客 车股 份 有 限公 司技 术 开发 项 目（Ｊ００００００００１８Ｋ） 作 者 简 介 ：王大 臣 （１９８１一 ），男 。汉族 ，山 东 齐 河 人 ，长 春 轨 道 客 车 股 份 有 限公 司 高 级 工 程 师 ，主 要 从 事 轨 道 车 辆 车 体 焊 接 工 艺 和 理
化 检 验 方 向研 究 ，Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｄａｃｈｅｎ＠ ｃｃｃａｒ．ｃｏｍ．ｃｎ．
Ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ａｌｕｍ ｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗ ｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｐａｉｒ ｍｅｔｈｏｄ
Ｗ ＡＮＧ Ｄａｃｈｅｎ
（ＣＲＲ Ｃ Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｒ ａｉｌｗ ａｙ Ｖ ｅｈｉｃｌｅｓ Ｃｏ．Ｌｔｄ．， Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００６２，Ｃ ｈｉｎａ）
基于压焊原理的搅拌摩擦焊匙孔填补技术
摘 要： 搅拌摩擦焊焊缝尾部匙孔是阻碍搅拌摩擦焊应用推广的主要问题之一，文中提出并研究了一种基于压焊
原理的匙孔填补技术. 以三相次级整流电阻点焊机为试验平台，2024-T4 铝合金 3.0 mm + 3.0 mm 的搅拌摩擦点
焊匙孔为填补对象，具体研究了匙孔填补后各区域的硬度、微观组织及其与塞棒的连接机理. 结果表明，引入压焊
原理，采用电阻点焊机可以实现匙孔填补，填补后匙孔可分为熔合区、压合区、熔化区及塑性变形区，塞棒与匙孔之
间的连接形式以扩散焊接形式为主，局部有熔化焊接形式，且填补过程未对匙孔周围组织及硬度产生明显影响.
关键词： 搅拌摩擦焊；压焊；匙孔；铝合金
中图分类号：TG 456.9
文献标识码：A
doi：10.12073/j.hjxb.2019400163
0 序 言
搅拌摩擦焊 (friction stir welding，FSW) 是英国 焊接研究所 (the welding institute，TWI) 于 1991 年 发明的专利焊接技术[1]. 由于搅拌摩擦焊是一种固 态焊接过程，在合金中保持母材的冶金性能，可以 焊接金属基复合材料、异种材料、快速凝固材料等 采用熔焊会有不良反应的材料[2-3]. 目前， FSW 技 术在航空、航天、汽车、造船、动车、高铁等工业制 造领域得到了广泛的应用[4-6].
收稿日期：2018 − 01 − 22
接，整个过程由电阻焊机完成，最终在 FSW 焊缝匙 孔圆周及底部与塞棒形成冶金结合，达到去除匙孔 的目的.
1 试验方法
试验平台是三相次级整流电阻点焊机，该焊机 功率为 300 kW，可以实现 3 mm+3 mm 的铝合金点 焊，同时具有平形、阶梯形、马鞍形三种焊接压力及 预热、焊接、缓冷等多脉冲电流的加载能力，最大压 力 3 000 kN，最大电流 60 kA.
填充式搅拌摩擦塞补焊方法及其焊具[发明专利]
![填充式搅拌摩擦塞补焊方法及其焊具[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/23438afac281e53a5802ffff.png)
专利名称：填充式搅拌摩擦塞补焊方法及其焊具
专利类型：发明专利
发明人：黄永宪,冯吉才,吕世雄,刘会杰,田英,韩冰,吴建飞,范煊赫,石俊秒
申请号：CN200910308559.X
申请日：20091021
公开号：CN101670483A
公开日：
20100317
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：填充式搅拌摩擦塞补焊方法及其焊具，它涉及一种搅拌摩擦焊的方法及其焊具。
本发明为解决搅拌摩擦焊中出现焊缝缺陷以及焊缝匙孔，采用熔焊或摩擦塞焊进行补焊，导致焊接接头强度降低和力学性能差的问题。
方法：一、搅拌针的材质与被补焊的零件材质相同；二、开锥形预置孔；
三、确定搅拌针的尺寸；四、定位；五、搅拌摩擦塞补焊。
焊具：下圆柱体的夹持孔的侧壁上设有螺纹通孔，搅拌体由搅拌针和搅拌针座组成，搅拌针座和搅拌针由上至下制成一体，搅拌针座的外表面上设有搅拌针夹持面，搅拌针为锥体，搅拌体设置在下圆柱体上的夹持孔中，且搅拌针夹持面与螺纹通孔正对，搅拌针外露在下圆柱体的下端面外。
本发明用于搅拌摩擦焊焊缝缺陷和匙孔的补焊。
申请人：哈尔滨工业大学
地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
国籍：CN
代理机构：哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人：刘同恩
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铝合金搅拌摩擦焊缺陷及修补方法
铝合金搅拌摩擦焊缺陷及修补方法王大臣【摘要】针对搅拌摩擦焊缺陷特点、类型及产生原因进行了介绍，对搅拌摩擦焊缺陷检测和修补方法进行了针对性的分析，为加快搅拌摩擦焊技术在铝合金车体的推广应用提供依据。
%The characters ,types and causes of Friction Stir Welding (FSW) defects were introduced , and the analysis of the defect detection and repair method was carried out ,which provided the basis for the application of the friction stir welding technology in the promotion of the aluminum alloy car body .【期刊名称】《长春工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(037)002【总页数】4页(P171-174)【关键词】搅拌摩擦焊;铝合金车体;缺陷;焊接修补【作者】王大臣【作者单位】中车长春轨道客车股份有限公司，吉林长春 130062【正文语种】中文【中图分类】TG1462.1随着高速铁路的迅速发展和城铁车市场需求的扩大，国内轨道车辆制造业中自主研发的迫切性和制造新技术应用的挑战性进一步增加，使焊接新工艺的应用也有了突飞猛进的发展。
搅拌摩擦焊(FSW)技术自从1991年由英国焊接研究所TWI发明以来，得到了工业制造领域的密切关注，迄今这项革命性的连接技术已经在国外工业制造领域得到规模化、工业化的应用[1-5]。
搅拌摩擦焊焊接具有效率高、环保、制造成本低和接头强度高等优点，但焊接参数选择不当或工艺因素存在不一致等原因，也会在车辆产品生产中产生一些缺陷，随着该项技术在铝车体制造上的推广应用，对搅拌摩擦焊缺陷的控制和处理已成为轨道车辆铝合金车体生产中考虑的问题，也是完善铝合金车体搅拌摩擦焊工艺的重要环节。
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由图 6 给出的断口扫描电镜形貌可以进一步看 出 ,所有补焊接头的断口都具有典型的韧窝特征 ,断 口上布满了大小不等的圆形或椭圆形的杯状凹坑 群 ,而且在凹坑的底部有沉淀强化相存在. 在拉伸过
磨和抛光处理后 ,用混合酸溶液 (3 mL 硝酸 + 6 mL 盐酸 + 6 mL 氢氟酸 + 150 mL 水) 对试样进行腐蚀 , 并用 Olympus MPG3 光学显微镜分析接头的焊接 缺陷及微观特征.
按照国家标准 GB2625 89《焊接接头拉伸测 试方法》,采用电火花数控切割机将接头切成标准试 样 ,在 Instron 1186 力学性能试验机上进行常温拉 伸测试 ,并以三个试样的平均值作为评定结果. 拉 伸测试后 ,采用 Hitachi S4700 扫描电镜对接头拉 伸断口进行分析.
采用优化的工艺参数进行补焊后 ,原来含有沟 槽缺陷的接头强度从 152 MPa 提高到了 335 MPa ,而 原来含有孔洞和未焊合缺陷的接头强度分别从 307 和 308 MPa 提高到了 343 ,341 MPa ,都接近于优质原 始接头的强度 ,达到母材强度的 78 %以上. 与此同 时 ,原来含有沟槽缺陷的原始接头经补焊后其断后 伸长率达到 8. 4 % ,而原来含有孔洞缺陷和未焊合 缺陷的原始接头经补焊后其断后伸长率均已达到 10 % ,是母材的 91 %. 这些结果表明 ,采用搅拌摩擦 补焊技术可以消除原始接头中所存在的焊接缺陷 , 而且接头性能能够达到优质原始接头的性能 ,满足 工程对接头质量和力学性能的要求.
fect and its repaired weld root
2. 2 接头力学性能 补焊的主要目的是在消除焊接缺陷的同时 ,获
图 4 含有不同缺陷的原始接头及其补焊接头的力学性能 Fig14 Mechanical propertie s of initial joints with different de2
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第1期
刘会杰 ,等 :搅拌摩擦焊接缺陷的补焊方法
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得高强度的补焊接头. 图 4 给出了含有沟槽 、孔洞 和未焊合三种缺陷的原始接头及其补焊接头的性能 对比. 由图可以看出 ,三种原始接头的抗拉强度均 较低 ,尤其是含有沟槽缺陷的接头. 这说明焊接缺 陷对接头性能具有显著的影响 ,因而不能允许它们 在焊接结构中存在 ,一旦出现 ,必须加以消除.
表 2 含有缺陷的原始接头的焊接工艺参数 Table 2 Technological parameters of initial welded joints with
def e ct s
缺陷类型
转速
焊速
ωΠ(r·min) vΠ(mm·min - 1)
压力 pΠkN
倾角 θΠ(°)
沟槽
1 000
200
金板 ,其化学成分和力学性能如表 1 所示. 每个焊接 试板的尺寸为 300 mm ×100 mm ×7. 5 mm ,沿试板长 度方向进行对接. 焊接及补焊所用的焊接设备为 FSW 3LM 003 型龙门式数控搅拌摩擦焊机 ,其 上装有锥状螺纹型搅拌头.
表 1 2219 铝合金的化学成分 (质量分数 , %) 及力学性能 Table 1 Chemical compo sitions and mechanical propertie s of 2219 aluminum alloy
4. 6
2. 5
孔洞
400
300
5. 5
2. 5
未焊合
600
200
4. 6
2. 5
获得焊接缺陷是否存在的直接信息. 因此 ,通过观 察接头在补焊前后的焊缝成形即可判定补焊是否成 功.
当焊接热输入不当时 ,软化的材料不能在搅拌 针后表面附近回填到焊缝前进侧 ,从而在焊缝前进 侧搅拌针表面附近形成了连续 、贯通焊缝表面的沟 槽缺陷 ,如图 1a 所示. 当以沟槽所在位置为中心进 行补焊后 ,沟槽缺陷已经被完全消除 ,如图 1b 所示. 由于补焊焊缝相对原始焊缝有一定的偏移 ,新焊核 与原焊核相互交叠 ,因而使补焊接头的整体焊核尺 寸有所增大.
fects and its corre sponding repaired joints
图 5 给出了与沟槽 、孔洞和未焊合缺陷相对应 的补焊接头的拉伸断裂位置. 补焊前 ,所有含有缺 陷的原始接头在拉伸测试中均在缺陷所处部位发生 断裂 ;经补焊后 ,所有补焊接头拉伸时均断在焊缝的
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表 3 优化的补焊工艺参数 Table 3 Optimal parameters for repair welding
转速 ωΠ(r·min)
焊速 vΠ(mm·min - 1)
压力 pΠkN
倾角 θΠ(°)
600
200
4. 6～8
2. 5
1. 3 测试分析方法 沿垂直于焊接方向截取接头横截面 ,经粗磨 、精
(1. 哈尔滨工业大学 现代焊接生产技术国家重点实验室 , 哈尔滨 150001 ; 2. 哈尔滨工业大学 分析测试中心 , 哈尔滨 150001)
摘 要 : 搅拌摩擦焊接方法在某些条件下也会造成焊接缺陷的产生 , 其中对接头性能 有显著影响的缺陷包括沟槽 、孔洞和未焊合. 针对这三种类型的缺陷 , 用搅拌摩擦焊 接方法进行补焊 , 以此研究补焊接头的焊缝成形和力学性能. 结果表明 , 采用搅拌摩 擦补焊方法能够消除沟槽 、孔洞和未焊合等搅拌摩擦焊接缺陷 ; 在优化的补焊工艺参 数下 , 能够获得焊缝成形良好的补焊接头 , 其性能与优质原始接头的性能相当 ; 补焊 接头在拉伸测试中均在焊缝的后退侧发生断裂 , 拉伸断口具有明显的韧窝特征. 关键词 : 搅拌摩擦焊接 ; 焊接缺陷 ; 补焊 ; 焊缝成形 ; 力学性能 中图分类号 : TG453. 9 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 - 360X(2009) 01 - 0001 - 04
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焊 接 学 报
第 30 卷
后退侧 (即 RS) ,具体位置介于焊缝与热影响区的界 面附近 ,断裂方向与焊缝表面成一定的角度. 至于
拉伸时补焊接头均断在焊缝后退侧的原因 ,则有待 于进一步的研究.
图 5 与不同缺陷对应的补焊接头的拉伸断裂位置 Fig15 Fracture locations of repaired joints corre sponding to different defects
接缺陷主要有三种类型 ,即沟槽 、孔洞和未焊合[5 ,6] . 文中针对这三种类型的缺陷 ,再用搅拌摩擦焊
接方法进行补焊 ,从而消除缺陷对接头性能的影响. 这对于保证焊接构件的质量和可靠性是具有重要的 意义.
1 试验方法
1. 1 试验材料及设备 试验采用的被焊材料为 7. 5 mm 厚的 2219 铝合
支撑计划重点项目 (2006BAF04B09)
接头 (或焊缝) 称为原始接头 (或原始焊缝) ,而将对 原始接头 (或原始焊缝) 再进行补焊所形成的接头 (或焊缝) 称为补焊接头 (或补焊焊缝) . 焊前对板材 表面进行机械清理以去除表面氧化膜 ,并用丙酮擦 拭去除表面油污. 根据前期的研究工作 ,按照表 2
2 试验结果及分析
2. 1 焊缝成形 对焊缝截面进行分析 ,考察焊缝成形情况 ,可以
图 1 含有沟槽缺陷的原始焊缝及其补焊焊缝 Fig11 Cro ss2sections of initial weld with groove defect and its
repaired weld
当焊速较高 、转速较低或压力不足时 ,软化材料 不能充分填充搅拌针过后所形成的暂时空腔 ,从而 在焊缝内部形成断续或连续的永久性孔洞 (图 2a) . 采用优化的工艺参数对含有孔洞缺陷的接头进行补 焊后 ,孔洞缺陷已被消除 ,焊核致密 、饱满 (图 2b) . 当压力较小或搅拌针长度较短以及焊速较大时 ,易 导致焊缝根部没有受到充分的搅拌作用 ,从而保留 母材原始的对接状态 ,形成所谓的未焊合缺陷 (图 3a) . 进一步观察此图可以看出 ,不但未焊合缺 陷尺寸较大 ,而且缺陷处仍保留原始母材的组织. 采用优化的工艺参数进行补焊后 ,由于焊缝根部得 到了充分的搅拌作用 ,未焊合缺陷被消除的同时 ,粗 大的母材组织也得到了充分的细化 (图 3b) .
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焊 接 学 报
第 30 卷
给出的工艺参数 ,可以焊出分别含有沟槽 、孔洞及未 焊合等三种典型缺陷的搅拌摩擦焊接原始接头 ,以 便用于补焊试验研究.
对含有缺陷的原始接头进行补焊时 ,补焊的对 中位置一般处于原始焊缝的中心线上. 但对于沟槽 缺陷 ,由于其尺寸较大 ,应对中在缺陷所处的部位 , 以确保补焊接头不再产生新的缺陷. 为减小接头组 织及性能在焊缝两侧的不对称性 ,将补焊方向定为 原焊接方向的反方向. 已有研究结果表明[5] ,当转 速为 600 rΠmin ,焊速为 200 mmΠmin ,压力为 4. 6 kN 时可以得到抗拉强度为 343 MPa 的优质原始接头 , 因此 ,补焊参数即依据优质原始接头的焊接参数进 行选择 ,同时兼顾缺陷种类进行微调 ,最终优化的补 焊工艺参数如表 3 所示.
图 2 含有孔洞缺陷的原始焊缝及其补焊焊缝 Fig12 Cro ss2sections of initial weld with void defect and its