[發明專利]一種用于圓筒結構內壁缺陷修復的方法

有效

• 申請號: 201910675271.X
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110369858B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 呂贊;姬書得;岳玉梅;劉震磊;楊康;孟祥晨
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 尚云飛

1.一種用于圓筒結構內壁缺陷修復的方法，采用一種用于圓筒結構內壁缺陷修復的攪拌摩擦裝置，用于圓筒結構內壁缺陷修復的攪拌摩擦裝置安裝在攪拌焊設備或機器人上，其包括可伸縮主軸、第一可伸縮副軸、第二可伸縮副軸和壓力控制系統；

所述第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸對稱設置在可伸縮主軸的兩側，所述第一可伸縮副軸的端部與第一攪拌頭或者第二攪拌頭連接，所述第二可伸縮副軸的端部與支撐輪或者第二攪拌頭連接；

所述壓力控制系統包括上位機、設置在第一可伸縮副軸上的第一壓力傳感器和設置在第二可伸縮副軸上的第二壓力傳感器，上位機根據第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的壓力信號控制第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸的伸縮，其特征在于，

所述用于圓筒結構內壁缺陷修復的方法包括以下步驟：

S1：將待修復圓筒結構豎直放置在夾具上裝夾固定，夾具對待修復圓筒結構的外壁施加向內的支撐力；

S2：第一次修復，即對位于待修復圓筒結構內壁的待修復缺陷進行修復，按如下步驟：

S2.1：將第一可伸縮副軸的端部與第一攪拌頭通過旋轉軸連接，第二可伸縮副軸的端部與支撐輪連接，確定待修復缺陷的位置及尺寸，將待修復缺陷進行挖排，形成規則的長條形溝槽，在長條形溝槽中填充同種或異種金屬并固定，第一攪拌頭的軸肩尺寸覆蓋長條形溝槽寬度，第一攪拌頭的攪拌針長度大于溝槽深度；

S2.2：調整可伸縮主軸、第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸的長度，使支撐輪與待修復圓筒結構的內壁接觸，將第一攪拌頭設置在長條形溝槽的一端，利用第一壓力傳感器和第二壓力傳感器分別探測第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸的軸向壓力，使第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸的軸向壓力相等，且均等于預設壓力；上位機通過控制電機帶動旋轉軸轉動，使第一攪拌頭繞第一可伸縮副軸的軸線旋轉，第一可伸縮副軸帶動第一攪拌頭扎入長條形溝槽中，扎入深度達到設定深度時，第一可伸縮副軸停止伸長；

S2.3：第一攪拌頭在扎入位置旋轉進行預熱，然后，可伸縮主軸帶動第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸繞其軸線轉動，使第一攪拌頭沿長條形溝槽長度方向進行修復，直到修復完整個長條形溝槽，完成長條形金屬與待修復圓筒結構的攪拌摩擦焊；

S3：第二次修復，即對第一攪拌頭的攪拌針留下的匙孔進行修復，按如下步驟：

將第一攪拌頭的攪拌針留下的匙孔用同種或異種金屬填充；分別拆掉第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸端部的旋轉軸、第一攪拌頭和支撐輪，并將第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸的端部均分別與第二攪拌頭連接，使第二攪拌頭的位置與第一次修復后的區域對應，使第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸的軸向壓力均與預設壓力相等，可伸縮主軸旋轉進而帶動第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸旋轉，對第一攪拌頭的攪拌針留下的匙孔進行焊接修復并減小第一次修復的殘余應力。

2.根據權利要求1所述的用于圓筒結構內壁缺陷修復的方法，其特征在于，所述第一可伸縮副軸的端部與第一攪拌頭連接時，所述第二可伸縮副軸的端部與支撐輪連接；所述第一可伸縮副軸的端部與第二攪拌頭連接時，所述第二可伸縮副軸的端部與第二攪拌頭連接。

3.根據權利要求1或2所述的用于圓筒結構內壁缺陷修復的方法，其特征在于，所述第一可伸縮副軸的端部與第一攪拌頭通過旋轉軸連接，所述旋轉軸設置有電機，所述電機與上位機連接。

4.根據權利要求1或2所述的用于圓筒結構內壁缺陷修復的方法，其特征在于，所述第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸均分別包括依次連接的第一軸部、第二軸部和第三軸部，所述第一軸部與可伸縮主軸連接，所述第一軸部的內部固設有與上位機連接的電動伸縮桿，所述電動伸縮桿的末端與第二軸部連接，用于帶動第二軸部伸縮。

5.根據權利要求1所述的用于圓筒結構內壁缺陷修復的方法，其特征在于，所述第一攪拌頭的軸肩面為圓環形或者螺旋線凹槽，第一攪拌頭的攪拌針為圓臺型，第一攪拌頭的材質為工具鋼、不銹鋼、硬質合金、鎳基合金、鎢基合金或多晶立方氮化硼。

6.根據權利要求1所述的用于圓筒結構內壁缺陷修復的方法，其特征在于，所述第二攪拌頭為半球形，第二攪拌頭的材質為工具鋼、不銹鋼、硬質合金、鎳基合金、鎢基合金或多晶立方氮化硼。

7.根據權利要求1所述的用于圓筒結構內壁缺陷修復的方法，其特征在于，所述上位機根據第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的壓力信號控制第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸的伸縮的具體方式如下：

第一壓力傳感器和第二壓力傳感器分別檢測第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸的軸向壓力，并將信號發送給上位機；當第一可伸縮副軸和/或第二可伸縮副軸的軸向壓力大于上位機設置的預設壓力時，上位機控制對應的電動伸縮桿使其逐漸縮短，進而帶動第一可伸縮副軸和/或第二可伸縮副軸收縮，直到第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸的軸向壓力均等于預設壓力時，電動伸縮桿停止縮短；當第一可伸縮副軸和/或第二可伸縮副軸的軸向壓力小于上位機設置的預設壓力時，上位機控制對應的電動伸縮桿使其逐漸伸長，進而帶動第一可伸縮副軸和/或第二可伸縮副軸伸長，直到第一可伸縮副軸和第二可伸縮副軸的軸向壓力均等于預設壓力時，電動伸縮桿停止伸長。