一种修复铝合金缸体表面针孔的焊接工艺方法

技术领域

本发明公开了一种修复铝合金缸体表面针孔的焊接工艺方法，属于摩擦焊接技术领域。

背景技术

在铸造生产过程中，由于受到砂型质量、浇注温度、金属液质量、铸件结构、浇冒口位置与大小、铸造工艺方案等因素的影响，会使铸件产生各种类型的缺陷。生产出来的铸件中不可避免地会出现一些不良品，其中一些不良品缺陷可以通过一些适当的方法得到补救。但是随着高性能、高功率内腔复杂V型发动机缸体的开发制造，铝合金缸体表面针孔缺陷问题成为不可忽视的技术性难题，将直接影响铝合金缸体的成品率和使用性能。目前对于铝合金缸体针孔缺陷问题采取修补技术手段制造成本较高且修补后的合格率较低。

发明内容

本发明的目的在于解决目前目前对于铝合金缸体针孔缺陷问题采取修补技术手段制造成本较高且修补后的合格率较低的问题，因此提出一种修复铝合金缸体表面针孔的焊接工艺方法。

本发明所要解决的问题是由以下技术方案实施的：

一种修复铝合金缸体表面针孔的焊接工艺方法，包括：

步骤S1，获取表面针孔的直径尺寸及分布情况；

步骤S2，获取表面针孔深度；

步骤S3，根据所述表面针孔的直径尺寸及分布情况和表面针孔深度得到表面针孔的体积；

步骤S4，根据所述表面针孔的体积确定搅拌头直径与型号；

步骤S5，根据表面针孔的体积得到搅拌头压入量；

步骤S6，根据所述表面针孔的直径尺寸与搅拌头压入量确定搅拌头的转速与进给及倾斜角度；

步骤S7，根据所述表面针孔的分布情况采用三维软件确定焊接数据；

步骤S8，根据所述焊接数据调整机床进行搅拌摩擦焊修复缺陷；

步骤S9，将修复完后的工件进行检测判断是否合格，若是则缺陷修复完成。

优选的是，所述步骤S9还包括将修复完后的工件进行检测判断不合格，则重复步骤S4-步骤S9，使修复结果达到理想状态则缺陷修复完成。

优选的是，所述步骤S3中，所述表面针孔的直径尺寸及分布情况和表面针孔深度通过公式(1)确定表面针孔的体积：

其中:V

优选的是，所述步骤S7中三维软件为PROE软件。

优选的是，所述步骤S7中焊接数据至少包括：行进轨迹、搅拌头参数、机床转速、进给速度、压入量和恒压力。

本发明相对于现有而言有益的效果：

本发明公开了一种修复铝合金缸体表面针孔的焊接工艺方法，通过在焊接过程中搅拌头对缸体本体表面搅拌，搅拌头轴肩自上而下对搅拌焊接区域施加恒定压力，待焊接部位在搅拌头旋转摩擦的作用下缸体本体材质得到软化并产生流动，同时又受到来自轴肩平面的下压力，使针孔得到充分填充焊接和强化紧实度，利用缸体毛坯的加工余量对缸体表面针孔缺陷进行补偿修复，修复后的缸体不会影响精加工余量，而且精加工后的表面无缺陷，强度符合要求，从而达到提高铝合金缸体产品质量以及降低制造成本的目的。

附图说明

图1是本发明一种修复铝合金缸体表面针孔的焊接工艺方法的流程图。

图2是本发明一种修复铝合金缸体表面针孔的焊接工艺方法中的搅拌头安装姿态示意图。

图3是本发明一种修复铝合金缸体表面针孔的焊接工艺方法中的搅拌头搅拌端面示意图。

图4是本发明一种修复铝合金缸体表面针孔的焊接工艺方法的示例缸体顶面针孔缺陷修复前示图。

图5是本发明一种修复铝合金缸体表面针孔的焊接工艺方法的示例缸体顶面针孔缺陷修复后示图。

具体实施方式

以下根据附图1-5对本发明做进一步说明：

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明第一实施例在现有技术的基础上提供了一种修复铝合金缸体表面针孔的焊接工艺方法，包括：

步骤S1，获取表面针孔的直径尺寸及分布情况，具体内容如下：

采用直接测量法，使用卡尺或其他手段获得表面针孔直径尺寸及单位面积内针孔数量即分布情况。

步骤S2，获取表面针孔深度，具体内容如下：

获取表面针孔深度采用间接测量法或取样测量法，其中：

间接测量法：采用细针状金属插入针孔内部，间接获取针孔深度；

取样测量法：选取不少于5个缺陷针孔，具备针孔直径最大、最小、形状特殊等特点的针孔，用砂轮头或旋转锉等打磨工具沿针孔深度方向打磨至缸体本体，打磨工具直径不得大于2mm(≤D2)，否则修复时易产生摩擦焊接表面缺陷，获取取样的针孔深度并计算针孔深度平均值既针孔深度值。

步骤S3，根据所述表面针孔的直径尺寸及分布情况和表面针孔深度得到表面针孔的体积，具体内容如下：

表面针孔的直径尺寸及分布情况和表面针孔深度通过公式(1)确定表面针孔的体积：

其中:V

步骤S4，根据所述表面针孔的体积确定搅拌头直径与型号，具体内容如下：

如图2和3所示，选择搅拌头直径为D＝针孔间距的3-10倍，由于间距越小倍数越大，搅拌头最大直径≤30mm。选择搅拌头螺旋槽深度为螺旋槽深度＝针孔深度*0.6搅拌头螺旋槽的槽深度对金属的搅拌性、流动性有着重要影响因素，从搅拌头制造经济性考虑，搅拌头深度规格以0.5mm间隔制作，使用时选取不低于选型深度且深度最接近的搅拌头为优选、

步骤S5，根据表面针孔的体积得到搅拌头压入量，具体内容如下：

搅拌头的压入量不易过大。对于刚性较差的零件压入量过大会产生零件变形，缩短搅拌头工作寿命，降低工作效率等不利因素，选取0.2mm—0.5mm。

如图4所示，示例零件刚性较好，但水道口较多，为不影响水道口处破损，未采用0.5mm的压入量，而是采用的0.3mm的压入量，能保证了水道口处形状完好，又使搅拌行进轻快。如果出现搅拌焊接缺陷时，可适当增加压入量。

步骤S6，根据所述表面针孔的直径尺寸与搅拌头压入量确定搅拌头的转速与进给及倾斜角度，具体内容如下：

与其他搅拌摩擦焊工艺不同的是，本申请采用了较小的倾斜角。常规搅拌摩擦焊工作时主轴倾斜角大多采用2°至5°，是为了获得更好的金属流动性，保证焊接质量与提升搅拌头寿命。

本申请因采用大槽深的等速螺旋槽特点设计，为修复表面提供了很好的金属流动性，使得针孔缺陷区域既获取了大量的流动金属又在下压力的作用下使修复表面填充盈满紧实，故而只采用了1°的主轴倾斜角。

大槽深的等速螺旋槽设计与较小主轴倾斜角的使用，同时将直接影响搅拌头的转速与进给，在获得到良好的金属流动性的情况下，又可以大幅提升搅拌摩擦焊接的进给速度和转速，示例中的工艺参数：转速S＝3000转/分钟和F＝2000mm/分钟。

步骤S7，根据所述表面针孔的分布情况采用三维软件确定焊接数据，具体内容如下：

根据表面针孔的分布情况采用proe三维软件确定焊接数据，焊接数据至少包括：行进轨迹、搅拌头参数、机床转速、进给速度、压入量、恒压力(恒定下压力)等重要参数，水道口等形状区域可有效的避让。

步骤S8，根据所述焊接数据调整机床进行搅拌摩擦焊修复缺陷，具体内容如下：

将缺陷零件按正确位置紧固在机床工作台上，根据焊接数据调整机床采用搅拌摩擦焊对缺陷表面进行加工修复。

步骤S9，将修复完后的工件进行检测判断是否合格，若是则缺陷修复完成，具体内容如下：

将修复完后的工件采用检测方法进行检测判断是否合格：

是，则缺陷修复完成；

否，则重复步骤S4-步骤S9，使修复结果达到理想状态则缺陷修复完成。

上述检测方法包括：采用相控阵超声波检测仪检测所有修复表面，得出结果；采用射线设备，对修复区域进行精细检测，确认是否无微小缺陷；采用逐层铣削加工，每层检查针孔缺陷残留情况，得出结果，修复完成如图5所示。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。