技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鑄造設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鎂、鋁合金鑄件缺陷修復(fù)方法。

背景技術(shù)：

鎂、鋁合金因其低密度、高強(qiáng)度、高剛性的特性被廣泛應(yīng)用于航空、航天工業(yè)等領(lǐng)域，其中以鑄造鎂合金的應(yīng)用更為廣泛。鎂、鋁合金在鑄造過程中極易出現(xiàn)各類鑄造缺陷，常見的有疏松、縮孔、氣孔、裂紋、冷隔、澆不足、夾渣和偏析等。除了在鑄造過程中采取工藝措施和加強(qiáng)過程控制外，對(duì)于鑄件缺陷的焊補(bǔ)就成了重要的補(bǔ)救措施。鎢極氬弧焊是目前廣泛使用的鑄件缺陷補(bǔ)焊方法，由于鑄造鎂、鋁合金零件補(bǔ)焊過程復(fù)雜，熔池內(nèi)金屬凝固過程中極易出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾渣及疏松等缺陷，該問題已經(jīng)成為制約鎂、鋁合金廣泛應(yīng)用的瓶頸。

1991年英國焊接研究所研究發(fā)明攪拌摩擦焊工藝。其原理是利用一個(gè)用耐高溫、耐磨損材料制成的攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)插入兩被焊工件接縫處，攪拌頭與剛性固定的工件摩擦產(chǎn)生熱量使周圍的金屬達(dá)到塑性軟化狀態(tài)。隨著攪拌頭的旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，塑性金屬在攪拌針攪拌力的作用下發(fā)生從前到后的流動(dòng)，兩被焊工件的塑性金屬混合在一起重新結(jié)晶實(shí)現(xiàn)連接。由于在整個(gè)過程中，工件只達(dá)到塑性軟化狀態(tài)而沒有發(fā)生熔化，因此攪拌摩擦焊是一種連續(xù)的固相連接技術(shù)。與傳統(tǒng)熔焊方法相比，攪拌摩擦連接過程中不存在熔池，避免了合金液快速凝固導(dǎo)致的裂縫、氣孔等缺陷，同時(shí)由于固相連接溫度較低，熱影響區(qū)小，結(jié)合處力學(xué)性能好。

美國密蘇里大學(xué)于2000年基于TWI發(fā)明的攪拌摩擦焊工藝，提出攪拌摩擦加工(friction stir processing縮寫為FSP)工藝。目前還沒有利用上述工藝應(yīng)用于鎂、鋁合金鑄件缺陷中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鎂、鋁合金鑄件缺陷修復(fù)方法 ，以解決鎂合金、鋁合金等航空航天常用薄壁復(fù)雜鑄件的補(bǔ)焊成功率低的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：提供一種鎂、鋁合金鑄件缺陷修復(fù)方法，包括：根據(jù)鎂、鋁合金的材料特點(diǎn)，設(shè)計(jì)攪拌針的規(guī)格；在缺陷修復(fù)前利用X-光無損檢測(cè)設(shè)備定位鑄件缺陷部位，根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)背面頂緊工裝；根據(jù)鑄件缺陷面積及分布位置，利用可編程控制設(shè)備設(shè)定攪拌頭行走路線，所述攪拌針隨攪拌頭在鑄件表面下壓行走，進(jìn)行固相修復(fù)，所述攪拌針道間距離小于等于φ/2，φ為攪拌針根部直徑，所述攪拌頭轉(zhuǎn)速與所述攪拌針行走速度比值大于等于10；固相修復(fù)完成后填補(bǔ)攪拌針留下的尾部匙孔。

進(jìn)一步地，所述攪拌針的長度與攪拌頭的軸肩直徑的比值為0.2~0.8。

進(jìn)一步地，所述攪拌針的長度比鑄件壁厚少1~3mm。

進(jìn)一步地，所述背面頂緊工裝與所述鑄件的貼胎度小于等于0.05mm。

進(jìn)一步地，在進(jìn)行固相修復(fù)時(shí)，選擇所述攪拌頭轉(zhuǎn)速為50~2500rpm，所述攪拌針行走速度為10~500mm/min。

進(jìn)一步地，在固相修復(fù)前，攪拌針壓下速度0.5~1mm/s，壓下量為鑄件表面以下0.1~0.5mm，攪拌頭的頂鍛力為（δ×1000）N，其中δ為板材厚度 。

進(jìn)一步地，鑄件面狀缺陷修復(fù)完成后采用弧焊方式填補(bǔ)攪拌針留下的尾部匙孔，弧焊過程采用惰性氣體保護(hù)。

進(jìn)一步地，填補(bǔ)尾部匙孔時(shí)弧焊電流為30~350A，弧焊送絲速度0.5~5m/min 。

進(jìn)一步地，所述攪拌針固定在攪拌頭末端。

本發(fā)明提供的鎂、鋁合金鑄件缺陷修復(fù)方法，采用摩擦生熱的原理，使鑄件缺陷修復(fù)位置金屬處于塑形狀態(tài)，組織在鍛壓的作用下進(jìn)行重新結(jié)晶成形，消除零件局部融化引起的應(yīng)力突變，解決傳統(tǒng)電弧缺陷修復(fù)中重新引入缺陷的問題；鑄造組織較鍛造板材密度小，對(duì)設(shè)備頂鍛力的要求減小，可降低補(bǔ)焊設(shè)備的剛性要求，提升設(shè)備緊湊性；經(jīng)過攪拌作用后，鑄造缺陷部位晶粒細(xì)化，力學(xué)性能得到改善；匙孔部位在攪拌作用下組織細(xì)化，可采用傳統(tǒng)弧焊方法完成匙孔填補(bǔ)，降低了回抽式攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)難度，易于實(shí)現(xiàn)該工藝設(shè)備的工程推廣。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步說明：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂、鋁合金鑄件缺陷修復(fù)方法的步驟流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的攪拌頭、攪拌針以及具有缺陷的鑄件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂、鋁合金鑄件缺陷修復(fù)時(shí)設(shè)備整體示意結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的鎂、鋁合金鑄件缺陷修復(fù)方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

本發(fā)明的核心思想在于，本發(fā)明提供的鎂、鋁合金鑄件缺陷修復(fù)方法，采用摩擦生熱的原理，使鑄件缺陷修復(fù)位置金屬處于塑形狀態(tài)，組織在鍛壓的作用下進(jìn)行重新結(jié)晶成形，消除零件局部融化引起的應(yīng)力突變，解決傳統(tǒng)電弧缺陷修復(fù)中重新引入缺陷的問題；鑄造組織較鍛造板材密度小，對(duì)設(shè)備頂鍛力的要求減小，可降低補(bǔ)焊設(shè)備的剛性要求，提升設(shè)備緊湊性；經(jīng)過攪拌作用后，鑄造缺陷部位晶粒細(xì)化，力學(xué)性能得到改善；匙孔部位在攪拌作用下組織細(xì)化，可采用傳統(tǒng)弧焊方法完成匙孔填補(bǔ)，降低了回抽式攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)難度，易于實(shí)現(xiàn)該工藝設(shè)備的工程推廣。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂、鋁合金鑄件缺陷修復(fù)方法的步驟流程示意圖。參照?qǐng)D1， 提供一種鎂、鋁合金鑄件缺陷修復(fù)方法，包括：

S11、根據(jù)鎂、鋁合金的材料特點(diǎn)，設(shè)計(jì)攪拌針的規(guī)格；

S12、在缺陷修復(fù)前利用X-光無損檢測(cè)設(shè)備定位鑄件缺陷部位，根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)背面頂緊工裝；

S13、根據(jù)鑄件缺陷面積及分布位置，利用可編程控制設(shè)備設(shè)定攪拌頭行走路線，所述攪拌針隨攪拌頭在鑄件表面下壓行走，進(jìn)行固相修復(fù)，所述攪拌針道間距離小于等于φ/2，φ為攪拌針根部直徑，所述攪拌頭轉(zhuǎn)速與所述攪拌針行走速度比值大于等于10；

S14、固相修復(fù)完成后填補(bǔ)攪拌針留下的尾部匙孔。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的攪拌頭、攪拌針以及具有缺陷的鑄件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂、鋁合金鑄件缺陷修復(fù)時(shí)設(shè)備整體示意結(jié)構(gòu)圖。參照?qǐng)D2以及圖3，根據(jù)鎂、鋁合金的材料特點(diǎn)，利用數(shù)值仿真等方法，設(shè)計(jì)專用于鑄件補(bǔ)焊的攪拌工具，所述攪拌針21固定在攪拌頭22的末端，所用攪拌針21的長度與攪拌頭22的軸肩直徑的比值為0.2~0.8；所述攪拌針21的長度比鑄件25壁厚少1~3mm。在缺陷修復(fù)前利用X-光無損檢測(cè)設(shè)備定位鑄件缺陷部位23，根據(jù)鑄件25結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)背面頂緊工裝24，在本發(fā)明實(shí)施例中，背面頂緊工裝24包括背面支撐241、頂緊裝置242以及承力支撐塊243，裝配過程保證貼胎度≤0.05mm。起始階段，考慮鎂合金和鋁合金的變形能力差異，一般選擇較慢的下壓速率，攪拌針壓下速度0.5~1mm/s，壓下量為鑄件表面以下0.1~0.5mm，攪拌頭的頂鍛力為（δ×1000）N，其中δ為板材厚度；在進(jìn)行固相修復(fù)時(shí)，根據(jù)缺陷面積及分布位置，利用可編程控制設(shè)備設(shè)定攪拌頭22行走路線，在面狀缺陷修復(fù)時(shí)，選擇所述攪拌針21行走道間距離小于等于φ/2，φ為攪拌針21根部直徑，攪拌頭22轉(zhuǎn)速為50~2500rpm，在本發(fā)明實(shí)施例中，圖2中箭頭1為攪拌頭22的旋轉(zhuǎn)方向，攪拌針21行走速度為10~300cm/min，圖2中箭頭2為攪拌針21的行走方向，攪拌頭22的轉(zhuǎn)速與所述攪拌針21行走速度比值大于等于10；固相修復(fù)完成后采用弧焊方式填補(bǔ)攪拌針21留下的尾部匙孔，填補(bǔ)尾部匙孔時(shí)弧焊電流為30~350A，弧焊送絲速度0.5~5m/min，弧焊過程采用惰性氣體保護(hù)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的鎂、鋁合金鑄件缺陷修復(fù)方法主要應(yīng)用于Mg-Al系、Mg-RE系等鎂合金合金鑄件的修復(fù)，對(duì)于鋁合金等其他鎂合金鑄件的缺陷修復(fù)同樣適用。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。