[發(fā)明專利]一種拉拔式慣性摩擦焊接方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610814034.3
• 申請日: 2016-09-09
• 公開（公告）號: CN107803583B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設計）人: 趙衍華;劉敏;白景彬;姚志剛;朱建華;張益坤;張麗娜;郝云飛;王煒;袁德海;遲宏波
• 申請（專利權）人: 首都航天機械公司;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/24;B23K20/26
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 張雅丁

本發(fā)明屬于慣性摩擦焊接技術領域，適用于板材與棒材的焊接及點狀缺陷的修補，具體涉及一種拉拔式慣性摩擦焊接方法及裝置。本發(fā)明技術方案采用固相焊接工藝，沒有母材金屬熔化，無熔焊產(chǎn)生的裂紋、氣孔等缺陷，接頭熱影響區(qū)窄，修補焊縫殘余應力低、焊接變形小，接頭綜合性能高；同時還可以改善焊縫的力學性能、疲勞強度、斷裂韌性和接頭塑性；同時，通過采用慣性摩擦焊接思路，焊接所需要的能量由主軸及慣性焊飛輪提供，焊接熱輸入量穩(wěn)定一致，并且焊接工藝控制參數(shù)少，可實現(xiàn)參數(shù)的精確控制。因此焊接過程穩(wěn)定可靠，焊接接頭質(zhì)量穩(wěn)定性好。而且該裝置的機械原理簡單、能量利用率高；綠色環(huán)保，焊接過程不產(chǎn)生煙塵。

技術領域

本發(fā)明屬于慣性摩擦焊接技術領域，適用于板材與棒材的焊接及點狀缺陷的修補，具體涉及一種拉拔式慣性摩擦焊接方法及裝置。

背景技術

新一代航天運載火箭貯箱的焊縫采用攪拌摩擦焊固相焊接技術進行焊接，焊接缺陷不可避免。目前攪拌摩擦焊接缺陷多采用常規(guī)的熔焊工藝進行補焊，熔焊補焊一般需要多次打磨，填充，而且極易產(chǎn)生氣孔、裂紋等熔焊缺陷，增大焊件變形量且顯著降低接頭的強度，抵消攪拌摩擦焊接接頭強度系數(shù)。所以必須采用高質(zhì)量的固相補焊工藝才能有效保證高的接頭強度系數(shù)。

目前，國內(nèi)外報道固相補焊技術有頂鍛式摩擦塞補焊，拉鍛式摩擦塞補焊，國內(nèi)這兩種補焊技術均為研制階段，尚未有產(chǎn)品應用報道。

頂鍛式摩擦塞補焊技術是缺陷處制孔，塞棒與孔接觸，通過塞棒高速旋轉(zhuǎn)，使塞棒與孔界面處摩擦加熱至塑性狀態(tài)急停，實施頂鍛并保溫形成接頭。頂鍛式摩擦塞補焊具有工藝控制簡單，容易實現(xiàn)，接頭性能好的特點，但需要剛性強的背部支撐。應用于貯箱焊接缺陷的修補，需要龐大的剛性背部支撐，制造加工難度較大，且使用不便。

拉鍛式摩擦塞補焊技術是在連續(xù)摩擦焊的基礎上提出的補焊理念，該技術不需要龐大的剛性背部支撐，但工藝參數(shù)復雜，焊接質(zhì)量穩(wěn)定性差，可重復性差，且工藝控制相對復雜，該技術在國內(nèi)僅在實驗室進行了研究，尚未應用到實際產(chǎn)品上。

慣性摩擦焊(Inertia Friction Welding,IFW)是一種典型的摩擦焊接工藝，作為一種先進固相焊接技術，它具有工藝控制參數(shù)少、焊接穩(wěn)定性好、熱輸入小、變形小、焊縫窄的特點，是一種近無缺陷的連接工藝，尤其適用于回轉(zhuǎn)體構件的連接。慣性摩擦焊接技術在國內(nèi)航空航天領域內(nèi)應用廣泛，且經(jīng)產(chǎn)品驗證，慣性摩擦焊工藝控制簡單，可形成高效、優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于慣性摩擦焊接技術的大型貯箱焊縫缺陷的在線補焊方法及裝置，以實現(xiàn)焊縫質(zhì)量穩(wěn)定、高效、性能良好的貯箱等鋁合金產(chǎn)品制造。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案：

一種拉拔式慣性摩擦塞補焊方法，應用于航天器的貯箱箱體缺陷補焊，其特征在于，包括如下步驟：

(1)焊前準備

(1.1)接頭設計與加工

采用機械加工的方式在貯箱焊接缺陷處制出與塞棒焊接位置匹配的塞孔，并加工塞棒；

塞孔是錐形孔結構，其錐角為40-90°，設定塞孔小端直徑為D1，大端直徑為D2；

用塞棒代替存在缺陷的焊縫，塞棒包括三部分，分別是夾持段、焊接段一和焊接段二；

夾持段部分是直徑為d1的圓柱狀結構，20mm＜d1＜D1；△＝D1-d1＝0～5mm；

焊接段二部分是直徑d2＞D2的圓柱狀結構；

焊接段是與塞孔結構相互配合的圓臺狀結構，其錐度＝塞孔錐角α±5°；塞棒的錐度和塞孔的錐度方向一致，圓臺狀結構的大端與焊接段二直徑相同，小端與夾持段直徑相同；

(1.2)焊接前清洗