[發(fā)明專利]基于摩擦柱塞焊的深孔結(jié)構(gòu)修復(fù)方法及應(yīng)用的塞棒

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110138237.6
• 申請(qǐng)日: 2021-02-01
• 公開（公告）號(hào): CN112916998A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祝弘濱;何賓;崔雷;劉昱;折潔;王行濤;龔明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中車工業(yè)研究院有限公司
• 主分類號(hào): B23K20/12
• 分類號(hào): B23K20/12;B23K20/24;B23P6/00
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 周琦

本發(fā)明提供了基于摩擦柱塞焊的深孔結(jié)構(gòu)修復(fù)方法及應(yīng)用的塞棒。該修復(fù)方法包括：對(duì)孔類結(jié)構(gòu)的內(nèi)部損傷處進(jìn)行去除并加工塞孔；獲取塞棒，并將塞棒安裝于摩擦塞補(bǔ)焊設(shè)備的輸出端；塞棒旋轉(zhuǎn)并下降進(jìn)入到塞孔內(nèi)部，塞棒的底面與塞孔的底部接觸并摩擦，隨著塞棒不斷向下進(jìn)給，塞棒接觸面不斷轉(zhuǎn)變?yōu)榭闪鲃?dòng)的熱塑性材料并填充于塞棒與塞孔之間，摩擦塞補(bǔ)焊設(shè)備停轉(zhuǎn)并持續(xù)向塞棒施加向下的頂鍛壓力從而形成固相連接的焊縫；在焊縫的位置重新加工深孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用摩擦柱塞焊工藝，通過固相連接的方式，修復(fù)內(nèi)部損傷的孔類結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)孔類結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，延長(zhǎng)使用壽命，適用于多種孔類結(jié)構(gòu)，特別適用于深孔類結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械焊接和增材修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于摩擦柱塞焊的深孔結(jié)構(gòu)修復(fù)方法及應(yīng)用的塞棒。

背景技術(shù)

螺紋連接是機(jī)械連接中最常用的方法之一，內(nèi)外螺紋構(gòu)成連接后受力與變形都很復(fù)雜，在交變載荷的作用下，特別是在反復(fù)受拉的惡劣環(huán)境中，外螺紋部件經(jīng)常會(huì)先于內(nèi)螺紋部件發(fā)生疲勞破壞。高級(jí)檢修過程中，螺紋孔缺陷主要可分為五個(gè)類型特征：第一，螺牙變形，螺紋孔不合理受力使螺牙產(chǎn)生永久塑性變形；第二，裂紋，加工或材料缺陷使損傷擴(kuò)展形成裂紋；第三，豁口，螺紋牙頂崩壞缺失；第四，銹蝕，螺紋在相應(yīng)環(huán)境介質(zhì)化學(xué)作用下產(chǎn)生新相而失效；第五，刮傷，主要受螺栓螺牙變形、夾雜硬物或銹蝕等原因影響，在拆卸或組裝過程中旋進(jìn)出路徑刮擦損傷。軌道交通裝備存在大量螺紋孔和深孔結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)或由于車輛運(yùn)行過程中由于振動(dòng)、腐蝕，或由于檢修反復(fù)拆裝造成螺紋孔磨損、牙口斷裂等損傷，從而造成整體零部件報(bào)廢。傳統(tǒng)的修復(fù)方法包括鑲嵌鋼絲螺套、焊堵、釬焊等方法，但均存在可靠性問題。尤其是焊堵工藝，由于熱影響大，容易造成母材性能劣化、變形，降低整體零部件可靠性。例如在高速動(dòng)車零部件的制造和檢修過程中，需要對(duì)螺紋進(jìn)行反復(fù)拆卸、安裝，螺紋檢修時(shí)不斷發(fā)現(xiàn)螺紋孔牙型損傷的情況，為保證車輛的安全運(yùn)行，對(duì)損壞的螺紋孔采取擴(kuò)孔后焊補(bǔ)再重新加工螺紋的工藝進(jìn)行修復(fù)。

摩擦柱塞焊是一種固相連接技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)鐵基合金、有色金屬及合金的缺陷修復(fù)和連接，焊接過程中通過摩擦產(chǎn)熱，焊接溫度低于材料熔點(diǎn)，焊接熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力極小，接頭組織致密不易產(chǎn)生缺陷，具有廣闊的應(yīng)用前景，特別在航空航天、軌道交通和船舶等領(lǐng)域，摩擦柱塞焊技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＤΣ林高m用于孔類結(jié)構(gòu)表面缺陷的修復(fù)，不同于傳統(tǒng)熔化焊的缺陷修復(fù)方法：傳統(tǒng)熔化焊方法由于熱輸入高且不易控制，并不適用于修復(fù)深埋于工件表面之下缺陷，摩擦柱塞焊則可用于修復(fù)較深位置的缺陷，且由于是固相連接，缺陷修復(fù)質(zhì)量更高，接頭性能不會(huì)產(chǎn)生明顯的惡化。

摩擦柱塞焊需要在缺陷處加工塞孔，固定在焊機(jī)主軸上的塞棒高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)向塞孔內(nèi)進(jìn)給，進(jìn)給完成的瞬間主軸停轉(zhuǎn)，施加一定大小的頂鍛壓力并保載。摩擦柱塞焊過程對(duì)設(shè)備剛性要求較高，主軸提供的動(dòng)力要足夠大，以保證塞棒進(jìn)給階段，塞棒與塞孔的同軸度不受影響。因此，如何利用摩擦柱塞焊對(duì)螺紋孔等深孔類結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)是亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于摩擦柱塞焊的深孔結(jié)構(gòu)修復(fù)方法及應(yīng)用的塞棒，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)螺紋孔等深孔類結(jié)構(gòu)修復(fù)可靠性差的問題。

本發(fā)明提供一種基于摩擦柱塞焊的深孔結(jié)構(gòu)修復(fù)方法，包括：

S1、去除待修復(fù)的深孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)部損傷，并加工成為用于固相填充的塞孔；

S2、獲取與所述塞孔輪廓相匹配的塞棒；

S3、固定所述待修復(fù)的深孔結(jié)構(gòu)，并將所述塞棒安裝于摩擦塞補(bǔ)焊設(shè)備的輸出端；

S4、所述塞棒在所述摩擦塞補(bǔ)焊設(shè)備的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)并下降進(jìn)入到所述塞孔內(nèi)部，所述塞棒的底面與所述塞孔的底部接觸并摩擦，隨著所述塞棒不斷向下進(jìn)給，塞棒接觸面不斷轉(zhuǎn)變?yōu)榭闪鲃?dòng)的熱塑性材料并填充于所述塞棒與所述塞孔之間，所述摩擦塞補(bǔ)焊設(shè)備停轉(zhuǎn)并持續(xù)向所述塞棒施加向下的頂鍛壓力從而形成固相連接的焊縫；

S5、清除塞棒及產(chǎn)生的飛邊，在所述焊縫的位置重新加工深孔結(jié)構(gòu)。