[發(fā)明專利]一種摩擦點焊增材制造方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811084359.6
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109175669A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張成聰;夏佩云;宿國友;陳長江;翁海紅;黃誠
• 申請（專利權(quán)）人: 上海航天設(shè)備制造總廠有限公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 余岢

本發(fā)明公開一種摩擦點焊增材制造方法，該方法利用填充式摩擦點焊的原理，在焊點表面逐層添加同種或異種材料，重復(fù)進(jìn)行摩擦點焊工藝過程，實現(xiàn)同種或異種材料的增材制造。該方法可在構(gòu)件表面增材制造同種或異種材料的凸起結(jié)構(gòu)，還可用來制備具有致密等軸晶組織或者具有成分梯度特征的異種材料小直徑棒材。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)和填充式摩擦點焊技術(shù)，具體涉及一種摩擦點焊增材制造方法。

背景技術(shù)

在固相點焊領(lǐng)域，填充式摩擦點焊技術(shù)是由德國HZG(前GKSS)研究中心開發(fā)的，其特征為采用攪拌針，攪拌套和壓緊套三個部件組成的焊接工具進(jìn)行焊接，即攪拌針旋轉(zhuǎn)下壓材料，同時攪拌套旋轉(zhuǎn)上升容納擠出的塑性金屬；隨后攪拌針上升，攪拌套下壓形成平整的焊點，詳見美國專利US006722556B2。

填充式摩擦點焊技術(shù)是一種點連接技術(shù)，目前主要用于鋁合金等材料板材的點焊連接，由于摩擦點焊過程中材料不熔化，屬于固相連接方法，克服了鋁合金熔焊過程中易產(chǎn)生氣孔、夾雜和裂紋等缺陷的固有缺點，接頭成形依賴攪拌工具周圍高溫摩擦產(chǎn)熱與被攪拌金屬材料塑性流動的相互作用。塑性連接產(chǎn)生在攪拌工具周圍形成的攪拌區(qū)域，該區(qū)域在攪拌工具旋轉(zhuǎn)、擠壓、鍛造等機械力作用下，形成致密等軸晶組織，從而賦予接頭優(yōu)異的力學(xué)性能和組織性能。

鑒于填充式摩擦點焊的固相焊接特性，可將其用來進(jìn)行鋁合金等材料的固相增材制造?？捎糜趯︿X合金等材料固相增材制造技術(shù)的方法主要有：

(1)擠入摩擦壓焊

1993年英國焊接研究所(TWI)提出了擠入摩擦壓焊的原理，在工件表面放置相對較軟的材料，采用焊接工具旋轉(zhuǎn)并摩擦，將材料擠入工件中。該方法在金屬結(jié)構(gòu)制造及修復(fù)焊接領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如在各種結(jié)構(gòu)上焊接各種吊耳、掛鉤及固定把柄等，局部裂紋及孔洞等堵漏及修復(fù)焊接。該方法的缺點在于只能夠制造同種材料的結(jié)構(gòu)，無法實現(xiàn)不同材料、成分的控制，且制造精度較低。

(2)線性摩擦壓焊

TWI近年來提出基于線性摩擦的固相摩擦增材制造技術(shù)，可以將不同的材料逐層通過線性摩擦焊的方法堆積到基體上。該方法的缺點在于，線性摩擦焊過程中存在一個頂鍛步驟，在頂鍛過程中將多余塑性材料擠出焊接界面，使得每次堆積到基體上的材料厚度不可控。

(3)耗材表面摩擦堆焊

1959年首先在蘇聯(lián)獲得工業(yè)應(yīng)用的摩擦壓焊方法，采用可消耗的材料，通過旋轉(zhuǎn)摩擦，在基體上堆焊。該方法適合于各種金屬部件表面特殊沉積層、硬化合金層及耐磨損與腐蝕局部缺陷等的修復(fù)焊接。該方法的缺點在于，只能在材料表面堆焊沉積層，無法實現(xiàn)立體結(jié)構(gòu)的增材制造。

(4)攪拌摩擦加工

該方法是從攪拌摩擦焊技術(shù)衍生出的摩擦加工技術(shù)，可應(yīng)用于鋁、鎂、銅及鈦合金、鑄鐵及高溫合金的表面強化處理、局部晶粒細(xì)化處理及表面復(fù)合材料等加工，也可用于簡單形狀的三維立體增材制造。但是該方法的缺點在于，對于小直徑、成分可調(diào)的圓柱體結(jié)構(gòu)增材制造無法實現(xiàn)。

綜上所述，雖然針對鋁、鎂、鈦等合金的固相增材制造技術(shù)已經(jīng)有了一些解決方案，但是各種方案均有其固有的缺點。對于小尺寸、成分可控的精密結(jié)構(gòu)增材制造，尚無有效的解決方案。因此，亟需開發(fā)針對小尺寸、成分可控的精密結(jié)構(gòu)增材制造新方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)小尺寸、成分可控的精密結(jié)構(gòu)固相增材制造，能夠解決現(xiàn)有固相增材制造方法存在的成分不可控、制造精度低等問題。