一种基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复方法技术

本发明专利技术公开了一种基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复方法，涉及缺陷修复技术领域，包括以下步骤：步骤S1：对铜材料进行预处理，将不规则裂纹切削加工为规则凹槽；步骤S2：选择焊丝，对凹槽进行送丝的同时，通过电弧预热使焊丝熔化并与凹槽实现预连接；步骤S3：对焊丝的预连接部分进行搅拌摩擦处理，通过热

【技术实现步骤摘要】
一种基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复方法


[0001]本专利技术涉及材料修复
，具体而言，涉及一种基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复方法。

技术介绍

[0002]铜及铜合金由于具有优良的导电性，导热性，减磨性、强塑性匹配和耐腐蚀性，被广泛应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业、船舶以及航空航天等领域。在铜的工业应用中，并且其往往作为工程结构件，包括继电器、变压器、电真空器件、以及接触腐蚀介质的各种容器、管道系统等。
[0003]然而，机械产品的可靠性和寿命已成为我国装备制造业亟待解决的问题，常见的工程结构件在服役过程中由于受到外力冲击，环境腐蚀，磨损等因素影响，会在表面产生大量缺陷。其中最常见，危害最严重的就是裂纹。以连铸机的心脏“结晶器”为例，在服役过程中结晶器铜板长期受钢水冲击和腐蚀，再加上与钢坯发生摩擦，容易导致侵蚀和局部微观裂纹，在持续载荷作用下逐步导致裂纹的扩展和断裂最终导致结构失效。传统的结晶器修复工艺是将下线的铜板基体就行机加工去除1.5mm～2.5mm表面缺陷，这种方法每块结晶器铜板仅能修复七次左右，消耗大量的铜资源，加大了连铸的成本，因此实现具有裂纹缺陷铜及铜合金结构件的修复具有极高的经济效益和资源利用价值。
[0004]目前常用的裂纹修复方法包括传统熔焊、电火花合金化、激光多层熔覆等技术。但由于熔化
‑
凝固的过程，因此在修复过程中会不可避免的形成气孔、裂纹等二次缺陷。除此以外，局部过大的热输入容易引起修复区组织晶粒粗大，较大残余应力影响修复区的力学性能。同时对于铜及铜合金结构件上的形状不规则，尺寸较大的裂纹，现有技术中存在难以修复且性能不稳定的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的问题是如何改善铜及铜合金大尺寸不规则形状裂纹难以修复的问题。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1：对铜材料进行预处理，将不规则裂纹切削加工为规则凹槽；
[0008]步骤S2：选择焊丝，对所述凹槽进行送丝的同时，通过电弧预热使所述焊丝熔化并与所述凹槽实现预连接；
[0009]步骤S3：对所述焊丝的预连接部分进行搅拌摩擦处理，通过热
‑
机耦合作用实现所述凹槽的修复；
[0010]步骤S4：根据所述凹槽深度和宽度，重复步骤S2和步骤S3实现所述凹槽内所述焊丝的单道多层或多道多层修复，直至将所述凹槽修复完全。
[0011]进一步地，步骤S1中，所述切削加工为半精加工或粗加工。
[0012]进一步地，步骤S2中，送丝前还包括，采用酒精对所述凹槽进行清洗，去除表面杂质。
[0013]进一步地，步骤S2中，选取所述焊丝包括：选取与待修复铜材料相同材质的焊丝或增强材质的焊丝。
[0014]进一步地，步骤S2中，所述送丝的数量包括一根或多根。
[0015]进一步地，步骤S2中，所述电弧预热的温度为150
‑
300℃，电弧电流为50
‑
150A，交流电参数为180Hz，占空比为80％。
[0016]进一步地，步骤S2中，所述电弧预热选用TIG电弧进行预热，预热时，采用直径为2.4mm的镧钨针，所述镧钨针与所述凹槽底部的角度为60
°
，所述镧钨针与基板间距离为2mm，送丝方向与基板间角度为30
°
，丝材伸出送丝嘴距离为10mm，保护气体流量15
‑
16L/min。
[0017]进一步地，步骤S3中，所述搅拌摩擦处理所采用的搅拌头设有搅拌针，搅拌针个数为1
‑
7个，所述搅拌针材料为H2
‑
R42高速钢。
[0018]进一步地，步骤S3中，所述搅拌摩擦处理时搅拌头的转速包括600
‑
2000rpm，行进速度包括50
‑
300mm/min，下压量0.1
‑
1mm，倾角为0
‑
2.5
°
。
[0019]进一步地，步骤S3中，所述搅拌摩擦处理时搅拌头的行进方向与所述凹槽结构相配合。
[0020]本专利技术所述的一种基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复方法有益效果包括：
[0021]本专利技术能够克服传统熔化修复的弊端，避免了熔化凝固过程中产生的气孔裂纹等二次缺陷，该过程热输入较低，在热
‑
机耦合作用下能够得到细小的等轴晶组织，修复区具有良好的力学性能；本专利技术还能够克服传统搅拌摩擦修复技术的局限性，通过对不规则裂纹的切削加工以及电弧预热处理的过程能够实现大尺寸裂纹以及不规则裂纹的搅拌摩擦修复过程；同时利用该方法能够避免传统搅拌摩擦增材技术过程中的焊缝减薄的问题，能够充分修复裂纹，更适合大尺寸裂纹的修复；本专利技术的方法能够实现连续送丝，电弧预热与搅拌摩擦修复一体化的修复过程，效率更高，适用范围更广，简单可行且易于操作。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例中的基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复过程示意图；
[0023]图2是本专利技术实施例中的原始基板上裂纹的示意图；
[0024]图3是本专利技术实施例中的不规则裂纹经切削加工后的规则凹槽示意图；
[0025]图4是本专利技术实施例中的搅拌头结构示意图；
[0026]图5是本专利技术实施例中的电弧加热焊丝的结构示意图；
[0027]图6是本专利技术实施例中的搅拌针搅拌摩擦修复裂纹过程的部分剖面图；
[0028]图7是本专利技术实施例2中的基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复过程示意图。
[0029]附图标记说明：
[0030]1‑
原始基板；101
‑
原始裂纹；2
‑
整形后基板；201
‑
凹槽；3
‑
搅拌头；4
‑
电弧加热喷嘴；5
‑
焊丝。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。下面将对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。
[0032]具体地，本专利技术实施例提供一种基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复方法，包括以下步骤：
[0033]步骤S1：对铜材料进行预处理，将不规则裂纹切削加工为规则凹槽；
[0034]步骤S2：选择焊丝5，对凹槽进行送丝的同时，通过电弧预热使焊丝5熔化并与凹槽实现预连接；
[0035]步骤S3：对焊丝5的预连接部分进行搅拌摩擦处理，通过热
‑
机耦合作用实现凹槽的修复；
[0036]步骤S4：根据凹槽深度和宽度，重复步骤S2和步骤S3实现凹槽内焊丝5的单道多层或多道多层修复，直至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：对铜材料进行预处理，将不规则裂纹切削加工为规则凹槽；步骤S2：选择焊丝，对所述凹槽进行送丝的同时，通过电弧预热使所述焊丝熔化并与所述凹槽实现预连接；步骤S3：对所述焊丝的预连接部分进行搅拌摩擦处理，通过热
‑
机耦合作用实现所述凹槽的修复；步骤S4：根据所述凹槽深度和宽度，重复步骤S2和步骤S3实现所述凹槽内所述焊丝的单道多层或多道多层修复，直至将所述凹槽修复完全。2.根据权利要求1所述的基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复方法，其特征在于，步骤S1中，所述切削加工为半精加工或粗加工。3.根据权利要求1所述的基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复方法，其特征在于，步骤S2中，送丝前还包括，采用酒精对所述凹槽进行清洗，去除表面杂质。4.根据权利要求1所述的基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复方法，其特征在于，步骤S2中，选取所述焊丝包括：选取与待修复铜材料相同材质的焊丝或增强材质的焊丝。5.根据权利要求1所述的基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复方法，其特征在于，步骤S2中，所述送丝的数量包括一根或多根。6.根据权利要求1所述的基于搅拌摩擦修复的铜及铜合金裂纹修复方法，其特征在于，步骤S2中，所述电弧预热的温度为150
‑
300℃，电弧电流为50
‑
150A...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾南，陆亚轩，周华，鄂涛，张旭，李会亚，阚银辉，孙书明，孟祥晨，谢聿铭，黄永宪，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：