一种利用回填式搅拌摩擦点焊实现增材制造的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用回填式搅拌摩擦点焊实现增材制造的方法，将上下两张板材搭接进行搅拌摩擦点焊，加大焊接的下扎深度并调节焊接参数故意使焊点产生未焊合连接缺陷，焊后将上板材剥离使得焊点整个留在下板材，以此实现下板材的增材制造。适用于全部可用回填式搅拌摩擦点焊进行焊接的材料；增材高度取决上板材厚度与点焊的可焊接深度，如需加大增材高度可在焊点表面进行二次乃至多次点焊焊接直到预期高度；增材大小可通过改变回填式搅拌摩擦点焊的搅拌工具(搅拌头)尺寸进行调节。该发明专利技术将原本点焊的缺陷转化成增材，变废为宝，对适用于搅拌摩擦点焊的轻质合金增材制造具有重要意义。

A Method of Material Addition Manufacturing by Backfilling Friction Stir Spot Welding

【技术实现步骤摘要】
一种利用回填式搅拌摩擦点焊实现增材制造的方法
本专利技术涉及一种搅拌摩擦点焊、增材制造技术，尤其涉及一种利用回填式搅拌摩擦点焊实现增材制造的方法。
技术介绍
搅拌摩擦点焊(FSSW)是搅拌摩擦焊的一项衍生技术，其工作原理与搅拌摩擦焊基本相同，不同之处是由于是点焊因此没有搅拌工具的连续进给过程。常规的搅拌摩擦点焊由于搅拌头插入阶段部分被焊材料强行挤出焊接区，在焊接结束搅拌头抽出过程中又没有对焊接区进行材料填充，故焊后残留与搅拌针外形近似的工艺匙孔。为了克服焊点区域残留工艺孔的不足，1999年德国GKSS(Riftec)公司推出了回填式搅拌摩擦点焊方案和装置，技术特点是采用平端面的分体式搅拌头(搅拌针为圆柱型)外加一个主要用于防止焊接区材料外溢的压紧套。压紧套、轴肩、搅拌针这三者共同构成了回填式搅拌摩擦点焊的焊接工具。近年来，增材制造成为国际上一项热门的科研方向，很多科研机构尝试运用各种方式在材料表面增加外来填料实现基体的增材，包括运用搅拌摩擦焊的方式在一些铝合金材料材料表面实现增材，但该技术目前尚在起步阶段，而通过回填式搅拌摩擦点焊实现增材的想法目前还没有相关的公开资料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用回填式搅拌摩擦点焊实现增材制造的方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的利用回填式搅拌摩擦点焊实现增材制造的方法，包括步骤：A、对基体板材与填料板材进行打磨，之后在基体板材表面标注清楚需要增材的位置；B、将基体板材与填料板材紧密贴合，填料板材在上基体板材在下装卡在回填式搅拌摩擦点焊设备上，利用设备自身卡具进行定位装卡确保焊点位置与需要增材的位置一致；C、调整焊接工艺参数，增大下扎深度与下扎速率，故意使焊点与上板材出现未焊合连接缺陷；D、焊后将上填料板材剥离，将焊点整个留在下基体板材。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的利用回填式搅拌摩擦点焊实现增材制造的方法，由于，实现了。附图说明图1为本专利技术实施例提供的利用回填式搅拌摩擦点焊实现增材制造的方法示意图。图中：1、下基体板材，2、回填式搅拌摩擦点焊机头，3、上填料板材。具体实施方式下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本专利技术的利用回填式搅拌摩擦点焊实现增材制造的方法，其较佳的具体实施方式如图1所示：包括步骤：A、对基体板材与填料板材进行打磨，之后在基体板材表面标注清楚需要增材的位置；B、将基体板材与填料板材紧密贴合，填料板材在上基体板材在下装卡在回填式搅拌摩擦点焊设备上，利用设备自身卡具进行定位装卡确保焊点位置与需要增材的位置一致；C、调整焊接工艺参数，增大下扎深度与下扎速率，故意使焊点与上板材出现未焊合连接缺陷；D、焊后将上填料板材剥离，将焊点整个留在下基体板材。所述步骤C中，具体的参数设置根据不同的材料组合而定。如需增加增材高度，则更换直径较小的搅拌摩擦点焊工具在已有焊点位置重复以上工序。本专利技术的利用回填式搅拌摩擦点焊实现增材制造的方法，将上下两张板材搭接进行搅拌摩擦点焊，加大焊接的下扎深度并调节焊接参数故意使焊点产生未焊合连接缺陷，焊后将上板材剥离使得焊点整个留在下板材，以此实现下板材的增材制造。该专利技术适用于全部可用回填式搅拌摩擦点焊进行焊接的材料；增材高度取决上板材厚度与点焊的可焊接深度，如需加大增材高度可在焊点表面进行二次乃至多次点焊焊接直到预期高度；增材大小可通过改变回填式搅拌摩擦点焊的搅拌工具(搅拌头)尺寸进行调节。该专利技术将原本点焊的缺陷转化成增材，变废为宝，对适用于搅拌摩擦点焊的轻质合金增材制造具有重要意义。本专利技术利用回填式搅拌摩擦点焊设备对板材进行搭接点焊，焊后将上板材去下，将焊点完整的留在下板材以此实现下板材增材制造。搭接下板材作为增材的基体材料，上板材作为填料。本专利技术适用范围与回填式搅拌摩擦点焊的适用范围相同，上下搭接板材可以使相同材料也可以是异种材料，可根据增材需求自主进行材料组合。为了保证焊点顺利与上板材脱落留在下板材，对回填式搅拌摩擦点焊的焊接参数做出调整，以最常用的6xxx系铝合金板材为例，焊接参数主要包括：搅拌针转速、下扎深度、下扎速率、回填速率等，应在原有有利于焊接的参数基础上适当增加下扎深度并且提高下扎速率，更有利于焊点与上板材脱落。本专利技术的增材形状为圆柱体，增材的一次成型高度取决于最为填料的上板材厚度以及回填式搅拌摩擦点焊的可焊接厚度，如需增加高度可运用上的工序在同一位置多次点焊，所用搅拌工具直径应逐次递减同时新一次焊接的增材直径小于上一次的增材直径。本专利技术的方法实现增材制造，首先利用确定好基体材料和填料，将填料在上基体在下紧密贴合装卡在回填式搅拌摩擦点焊设备上进行点焊焊接，焊后将上板材剥落，焊点整个留在下板材完成增材。具体采用如下技术方案：(1)对基体与填料板材进行打磨，之后在基体表面标注清楚需要增材的位置。(2)将基体与填料板材紧密贴合，填料板材在上基体板材在下装卡在回填式搅拌摩擦点焊设备上，利用设备自身卡具进行定位装卡确保焊点位置与需要增材的位置一致。(3)调整焊接工艺参数，增大下扎深度与下扎速率，故意使焊点与上板材出现未焊合连接缺陷，具体的参数设置应根据不同的材料组合而定。(4)焊后将上填料板材剥离，将焊点整个留在下基体板材。如需增加增材高度可更换直径较小的搅拌摩擦点焊工具在已有焊点位置重复以上工序。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下优点和效果：(1)应用成本低、操作简单，利用现有的回填式搅拌摩擦点焊设备即可完成增材制造，只需调整工艺参数无需更换新装备；(2)适用范围广，只要适用于回填式搅拌摩擦点焊的材料均可使用本专利技术方法，特别是以铝合金为主轻质合金，目前是增材制造领域的主要研究对象；(3)变废为宝，绿色环保，搅拌摩擦焊本身就是一种低污染的新型绿色环保的连接方式，而焊点与母材的未焊合连接原本是回填式搅拌摩擦点焊的一种缺陷，本专利技术利用这种缺陷实现了增材制造，为该领域提供了一种新思路，更加节约材料，是名副其实的节能减排。传统的回填式搅拌摩擦点焊是为了将上下板材焊接在一起，因此会调整工艺参数尽量避免出现“焊穿”、未焊合连接等缺陷，而本专利技术则相反，故意使得焊点与上板材出现未焊合连接缺陷使得焊后的焊点尽可能从上板材脱落留在下板材。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用回填式搅拌摩擦点焊实现增材制造的方法，其特征在于，包括步骤：A、对基体板材与填料板材进行打磨，之后在基体板材表面标注清楚需要增材的位置；B、将基体板材与填料板材紧密贴合，填料板材在上基体板材在下装卡在回填式搅拌摩擦点焊设备上，利用设备自身卡具进行定位装卡确保焊点位置与需要增材的位置一致；C、调整焊接工艺参数，增大下扎深度与下扎速率，故意使焊点与上板材出现未焊合连接缺陷；D、焊后将上填料板材剥离，将焊点整个留在下基体板材。

【技术特征摘要】
1.一种利用回填式搅拌摩擦点焊实现增材制造的方法，其特征在于，包括步骤：A、对基体板材与填料板材进行打磨，之后在基体板材表面标注清楚需要增材的位置；B、将基体板材与填料板材紧密贴合，填料板材在上基体板材在下装卡在回填式搅拌摩擦点焊设备上，利用设备自身卡具进行定位装卡确保焊点位置与需要增材的位置一致；C、调整焊接工艺参数，增大下扎深度与下扎速率，故意使焊点与上板...

【专利技术属性】
技术研发人员：方远方，张华，刘力源，刘德博，窦程亮，赵常宇，杨振宇，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：北京,11