实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具与方法技术

本发明专利技术公开了一种实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具与方法，涉及缺陷修复技术领域，其中，所述工具包括轴体和静止轴套，所述轴体包括轴颈、轴肩、碾压体、搅拌针，所述轴颈与所述轴肩和所述搅拌针依次连接，所述碾压体环绕所述轴体的轴颈设置并同轴转动；且所述碾压体设有连接部和碾压端，所述碾压端与所述轴肩同向设置，用于碾压并搅拌摩擦具有表面裂纹的待修复件；所述静止轴套包括轴套、定位孔、连接肋板、前置碾压体、铺粉料斗、冷却块。本发明专利技术通过搅拌摩擦修复裂纹，实现修复区局部组织的改性强化，提高修复区耐应力腐蚀和抗疲劳性能。劳性能。劳性能。

【技术实现步骤摘要】
实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具与方法


[0001]本专利技术涉及缺陷修复
，具体而言，涉及一种实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具及修复方法。

技术介绍

[0002]工程构件在毛坯制造、加工成形及使用过程中，其表面不可避免地产生损伤及微小缺陷。这种微缺陷的存在与扩展，是材料的强度、刚度、韧性和服役时间降低的主要原因。在一定的外部因素，这些微缺陷会不断扩展和合并形成宏观裂纹，最终导致构件或结构的断裂破坏。以连铸机中的结晶器为例，在服役过程中结晶器铜板受热应力、拉坯力、振动装置作用力同时作用，并受到钢水的连续冲击和腐蚀，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。消除构件在加工制造和使用中产生的裂纹，是提高使用可靠性及安全性的重要途径。裂纹消除的途径主要包括裂纹修复与机加工去除，机加工去除对于同一构件修复次数有限，构件总体服役时间大大缩短，消耗了大量资源，增加成本，而通过修复消除裂纹可以延长构件的使用寿命具有极高的经济效益和资源利用价值
[0003]目前裂纹修复的方法主要基于待修复材料熔化的修复方法，包括传统的弧焊、离子焊等，但因为过大的局部热输入容易造成修复区组织粗大、高残余应力以及熔焊产生的气孔和新的裂纹等问题，而常规的大塑性变形修复方式，其形变产热能带来强烈的动态回复和再结晶及第二相破碎再分布特征，修复过程中整体温度低于材料熔点，可以避免传统熔焊修复导致的组织和性能的不利影响，但该方法易使表面应力集中，对修复金属的疲劳寿命、抗耐蚀性有一定影响，具有一定的局限性。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是如何改善常规修复方法使修复金属表面应力集中，避免其对修复金属的疲劳寿命、抗耐蚀性产生不良影响的问题。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具，包括轴体和静止轴套，所述轴体包括轴颈、轴肩、碾压体、搅拌针，所述轴颈与所述轴肩和所述搅拌针依次连接，所述碾压体环绕所述轴体的轴颈设置并同轴转动，且所述碾压体设有连接部和碾压端，所述碾压端与所述轴肩同向设置；所述静止轴套包括轴套、定位孔、连接肋板、前置碾压体、铺粉料斗、冷却块，所述定位孔设置于所述轴套的一侧并贯穿轴套的侧壁，所述连接肋板为两组，沿行进方向分别对应设置于所述轴套的两侧，且一组所述连接肋板沿行进方向的前端设置有所述铺粉料斗，所述铺粉料斗出口沿行进反方向设置有所述前置碾压体，另一组所述连接肋板沿行进方向的后端连接所述冷却块。
[0006]进一步地，所述碾压端设有球形滚珠；所述前置碾压体设有椭球形滚珠。
[0007]进一步地，所述碾压体的直径与所述轴肩的直径比为2：1。
[0008]进一步地，所述铺粉料斗底部孔径包括1
‑
10mm。
[0009]进一步地，所述轴肩的直径包括5
‑
10mm。
[0010]进一步地，所述搅拌针连接于轴肩底部，所述搅拌针的数量为1
‑
7个，同轴或非同轴设置。
[0011]为解决上述问题，本专利技术还提供一种实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理方法，基于所述的实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具实现，包括如下步骤：
[0012]步骤1：根据待修复件表面裂纹的部位、尺寸、母材特征选取搅拌摩擦改性处理工具的材质和尺寸以及金属粉末的种类和尺寸；
[0013]步骤2：清洁待修复件表面裂纹部位后，固定待修复件；
[0014]步骤3：采用搅拌摩擦改性处理工具对表面裂纹进行搅拌摩擦处理，在处理过程中静止轴套随轴体沿行进方向移动，同时所述金属粉末通过铺粉漏斗沿裂纹方向均匀分布，通过前置碾压体压实后，经轴体搅拌摩擦处理及碾压后的区域被冷却块冷却，完成处理。
[0015]进一步地，步骤3中，所述轴体的旋转速度为10
‑
10000rpm。
[0016]进一步地，步骤3中，所述搅拌摩擦改性处理工具轴体的行进速度为10
‑
2000mm/min
[0017]进一步地，步骤3中，所述金属粉末种类包括但不限于铜镍合金粉末或铬锆铜合金粉末。
[0018]本专利技术所述的实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具及方法相对于现有方法的优势在于，本专利技术所述的前置碾压体为外凸椭球面可将金属粉末碾入裂纹内部,并消除裂纹处的部分应力；本专利技术所述的搅拌摩擦改性处理工具轴体的轴肩能够对表面裂纹进行摩擦，使得待修复区材料高温塑化，整个过程温度低于材料熔点，有效避免了对母材组织和性能的影响，并且相比传统搅拌摩擦修复具有更低的变形量和残余应力；同时利用碾压体，通过碾压端在轴肩作用的同时进行碾压，实现搅拌碾压的作用，使得热塑性材料具有较高的应变速率；本专利技术所述的冷却块能够及时对经过搅拌摩擦处理的区域进行冷却，有助于在修复区表层形成细小等轴晶粒，深度方向上形成梯度细晶组织结构，实现修复区局部组织的改性强化，同时搅拌摩擦随焊碾压修复使修复区表面光滑平整，在修复区深度方向上施加碾压力有利于提高修复区耐应力腐蚀和抗疲劳性能，修复过程简单、省时省力，无污染且成本低。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例中的实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具修复过程示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例中的实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具轴体结构示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例中的实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具静止轴套结构示意图；
[0022]图4为本专利技术实施例中的具有表面裂纹的待修复件结构示意图；
[0023]图5为本专利技术实施例中的表面裂纹修复区前后组织示意图。
[0024]附图标记说明：
[0025]1‑
待修复件；2
‑
表面裂纹；3
‑
轴体；301
‑
轴颈；302
‑
轴肩；303
‑
碾压体；304
‑
连接部；305
‑
碾压端；306
‑
搅拌针；4
‑
静止轴套；401
‑
轴套；402
‑
定位孔；403
‑
连接肋板；404
‑
铺粉料斗；405
‑
冷却块；406
‑
前置碾压体。
具体实施方式
[0026]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。
[0027]具体地，如图1至图5所示，本专利技术实施例提供一种实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具，包括轴体3和静止轴套4，所述轴体3包括轴颈301、轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具，其特征在于，包括轴体(3)和静止轴套(4)，所述轴体(3)包括轴颈(301)、轴肩(302)、碾压体(303)、搅拌针(306)，所述轴颈(301)与所述轴肩(302)和所述搅拌针(306)依次连接，所述碾压体(303)环绕所述轴体(3)的轴颈(301)设置并同轴转动，且所述碾压体(303)设有连接部(304)和碾压端(305)，所述碾压端(305)与所述轴肩(302)同向设置；所述静止轴套(4)包括轴套(401)、定位孔(402)、连接肋板(403)、前置碾压体(406)、铺粉料斗(404)、冷却块(405)，所述定位孔(402)设置于所述轴套(401)的一侧并贯穿轴套(401)的侧壁，所述连接肋板(403)为两组，沿行进方向分别对应设置于所述轴套(401)的两侧，且一组所述连接肋板(403)沿行进方向的前端设置有所述铺粉料斗(404)，所述铺粉料斗(404)出口沿行进反方向设置有所述前置碾压体(406)，另一组所述连接肋板(403)沿行进方向的后端连接所述冷却块(405)。2.根据权利要求1所述的实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具，其特征在于，所述碾压端(305)设有球形滚珠；所述前置碾压体(406)设有椭球形滚珠。3.根据权利要求1所述的实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具，其特征在于，所述碾压体(303)的直径与所述轴肩(302)的直径比为2：1。4.根据权利要求1所述的实现结晶器铜板表面强化的搅拌摩擦改性处理工具，其特征在于，所述铺粉料斗(404)底部孔径包括1
‑
10mm。5.根据权利要求3所述的实现结晶器铜板表面强...

【专利技术属性】
技术研发人员：周华，贾南，陆亚轩，吴涛，高亦寒，陈学松，伦新凯，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：