【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料加工学科中金属材料焊接和增材制造，具体涉及一种随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性方法。
技术介绍
1、焊缝表面不平整,尤其是不熟练的焊工或不合适的焊接参数会造成焊缝成形不良,因此有必要对焊缝表面整形。焊缝表面可能存在一些微小的裂纹、气孔等缺陷需要修复。焊缝中容易形成柱状晶，焊缝表面晶粒也比较粗大，性能常低于母材，有必要使焊缝表面晶粒细化、性能改善。金属堆焊增材制造中存在大量孔隙等缺陷需要消除以求致密。焊缝冷却收缩产生各种变形需要减小或消除。目前没有哪项技术能同时解决上述问题，本专利技术旨在一定程度上同时解决上述问题。
2、现有的对焊接接头焊缝进行随焊冲击碾压整形的专利有：哈尔滨工业大学的方洪渊、王涛、杨建国等老师专利技术的“高强钢低匹配等承载焊接接头随焊冲击碾压焊缝整形装置（公告号为cn101890603b）”、“电磁感应加热辅助随焊冲击碾压焊缝整形装置（公布号为cn101905402a）,浙江工业大学郑文健、冯道臣、刘国豪等专利技术的“一种焊接接头随焊冲击碾压焊缝整形装置（公布号为cn109834412a）”。上述专利都是将冲击载荷作用于前后碾压轮上，并通过碾压轮对焊缝整形，这对改善焊缝成形有一定效果。但由于碾压轮尺寸较大，与焊缝接触面积较大，在有限的冲击力作用下，焊缝产生的变形较小，整形效果有限，对焊缝表层组织性能的改善也甚微；且设备体积较大，占用空间较大，离熔池不能太近，否则对焊枪造成干扰；同时，冲击造成设备运行不平稳。
技术实现思路
1、本专利技术的方
2、摩擦棒的形状、尺寸、性能要求及材料选择如下：摩擦棒与焊缝接触端为摩擦端，可为圆柱形、锥球形或锥台形，摩擦端面上从中心向四周可以加工出辐射条纹，以增加摩擦力。摩擦端的直径根据焊缝的宽度来设计，如圆柱形摩擦端的直径一般为焊缝宽度的1倍-2倍，摩擦棒的长度为其直径的5倍-15倍，以确保摩擦棒具有足够的刚度，受压时不容易弯曲变形。为防止摩擦棒长时间受热软化，可在不动的轴承处增设冷却水道，以通水冷却。摩擦棒要求耐磨且耐高温，摩擦棒的材料根据填充材料或被焊母材来选择，随填充材料或被焊母材硬度的提高而选择耐磨性能更好的摩擦棒材料，随填充材料或被焊母材熔点的提高而选择耐高温性能更好的摩擦棒材料。按照具体需要，摩擦棒材料可以从热作模具钢、高速钢、硬质合金、高温合金、钨合金、耐磨耐高温复合材料中选取。
3、随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性效果取决于以下因素及其调节方式：一是摩擦碾轧时焊缝所处的温度，可通过调节摩擦棒与焊枪之间距离来选择，即调节摩擦棒的摩擦端到焊接熔池的距离，通常为10mm-100mm。二是摩擦棒转速，摩擦棒上端安装在类似电钻的夹头中，通过电机驱动摩擦棒绕自身轴旋转，转速可根据需要进行调节，通常为几百到几千转每分钟。三是摩擦棒压力，摩擦棒可沿轴向进给并施加压力，且压力可根据需要进行调节，通常为几十到几百牛顿。四是摩擦棒倾斜角度，摩擦棒通常垂直焊缝表面，但为了使待摩擦碾轧焊缝顺利进入摩擦端面下方，也可使摩擦棒稍微向焊缝后方倾斜一定角度，通常为0°-15°。五是摩擦棒平移速度，摩擦棒及其旋转驱动电机、轴向进给与加压机构、两侧成形挡板，都与焊枪可动连接在一起，并一同与焊枪安装在伸缩臂式焊接操作机、龙门式焊接操作机或焊接机器人上，从而实现同步平移和升降，即摩擦棒以与焊枪相同的速度平移。
4、由于焊缝摩擦碾轧部位刚冷却凝固，仍处于高温塑性状态，容易变形流动，摩擦棒旋转并对焊缝表面施加一定压力，产生足够的摩擦力，将对焊缝表面产生强烈摩擦，使焊缝表层产生剧烈的塑性变形。这种剧烈的塑性变形不仅可以碾平焊缝表面的不平整甚至余高，起到显著的焊缝整形作用，获得类似搅拌摩擦焊的平整焊缝；而且能弥合焊缝表面缺陷，细化和致密化焊缝表层组织，获得动态再结晶组织，有显著改善焊缝表层性能的作用；并使焊缝在板平面内伸展，减小焊件的收缩变形。
5、本专利技术与现有的随焊冲击碾压技术最大区别的技术特征是：本专利技术是通过摩擦棒下端面与焊缝表面之间剧烈的摩擦、使焊缝表层产生剧烈的变形流动、来实现对焊缝表层的整形和改性；摩擦棒不需要太高的转速，也不需要对摩擦棒施加太大的轴向压力，却能产生十分显著的塑性变形；而且设备条件简单，容易实现。而随焊冲击碾压技术是将冲击载荷作用于碾压轮上，并通过碾压轮对焊缝进行整形，产生的塑性变形小，整形效果有限，而且设备条件复杂。
6、本专利技术与焊后冷却状态下焊缝的各种整形及改性技术的区别更明显：本专利技术利用了刚凝固且仍处于高温塑性状态的焊缝易于塑性变形的特点进行整形，所产生的塑性变形大，可以显著改变焊缝的形貌，属于热成形，获得动态再结晶组织，能耗低；而焊后冷却状态下焊缝的各种整形及改性技术所产生的塑性变形小，难以显著改变焊缝的形貌，属于冷成形，获得加工硬化组织，能耗高。
7、本专利技术与搅拌摩擦焊存在本质区别：本专利技术是对熔化焊的高温焊缝进行整形和改性，而搅拌摩擦焊是对室温下的材料进行焊接；本专利技术所用摩擦棒与搅拌摩擦焊所用搅拌头的结构及形状不同，本专利技术所用摩擦棒结构简单，而搅拌摩擦焊所用搅拌头结构较复杂，带有轴肩和搅拌针；本专利技术所用摩擦棒只与焊缝表面接触，只对焊缝表面进行摩擦，而搅拌摩擦焊时搅拌针插入材料内部进行搅拌。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性方法，其特征在于：当焊枪在前面进行焊接时，在焊枪后方设置一根摩擦棒，其下端面接触并压紧焊缝表面，其上端用电机驱动使其绕自身轴旋转，从而在摩擦棒下端面与焊缝表面之间产生摩擦力，对焊接熔池后方刚凝固且仍处于高温塑性状态的焊缝进行摩擦碾轧，使焊缝表层产生变形流动，从而对焊缝进行整形和改性；摩擦棒跟在焊枪后面并与焊枪保持同步，与焊件之间保持相对运动，以与焊接速度相同的速度对整条焊缝进行摩擦碾轧；摩擦碾轧产生的塑性变形不仅可以碾平焊缝表面的不平整甚至余高，起到焊缝整形作用，获得类似搅拌摩擦焊的平整焊缝；而且能弥合焊缝表面缺陷，细化和致密化焊缝表层组织，有改善焊缝表层性能的作用；并使焊缝在板平面内伸展，减小焊件的收缩变形；这种方法可应用于平板对接电弧焊、T形角接接头电弧焊、厚板对接多层电弧焊、电弧堆焊增材制造、摩擦棒两侧加成形挡板的平板对接电弧焊、摩擦棒两侧加成形挡板的电弧堆焊增材制造，还可应用于其它的熔化焊和熔化堆焊增材制造，以及用于对喷涂层的表面整形及改性。
2.根据权利要求1所述的一种随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性方法，其特征在于，所述的摩擦棒
3.根据权利要求1所述的一种随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性方法，其特征在于，所述随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性效果取决于以下因素及其调节方式：一是摩擦碾轧时焊缝所处的温度，可通过调节摩擦棒与焊枪之间距离来选择，即调节摩擦棒的摩擦端到焊接熔池的距离，通常为10mm-100mm；二是摩擦棒转速，摩擦棒上端安装在类似电钻的夹头中，通过电机驱动摩擦棒绕自身轴旋转，转速可根据需要进行调节，通常为几百到几千转每分钟；三是摩擦棒压力，摩擦棒可沿轴向进给并施加压力，且压力可根据需要进行调节，通常为几十到几百牛顿；四是摩擦棒倾斜角度，摩擦棒通常垂直焊缝表面，但为了使待摩擦碾轧焊缝顺利进入摩擦端面下方，也可使摩擦棒稍微向焊缝后方倾斜一定角度，通常为0°-15°；五是摩擦棒平移速度，摩擦棒及其旋转驱动电机、轴向进给与加压机构、两侧成形挡板，都与焊枪可动连接在一起，并一同与焊枪安装在伸缩臂式焊接操作机、龙门式焊接操作机或焊接机器人上，从而实现同步平移和升降，即摩擦棒以与焊枪相同的速度平移。
4.根据权利要求1所述的一种随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性方法，其特征在于：当它应用于平板对接电弧焊时，采用直径大于焊缝宽度且摩擦端面为平面或带辐射条纹的圆柱形摩擦棒。
5.根据权利要求1所述的一种随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性方法，其特征在于：当它应用于T形角接接头电弧焊时，为了获得一定焊脚尺寸且平滑过渡的角焊缝，摩擦棒采用摩擦端为90°圆锥角且顶端为球冠的锥球形摩擦棒，摩擦棒和焊枪与立板之间需要倾斜一定角度。
6.根据权利要求1所述的一种随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性方法，其特征在于：当它应用于厚板对接多层电弧焊中，在打底和填充焊时，要求摩擦棒伸入两厚板之间的间隙中对打底层和填充层焊缝进行摩擦碾轧，摩擦棒的直径应小于两厚板之间的间隙，或将摩擦端设计成细长圆锥且顶端为平面的锥台形或球冠的锥球形摩擦棒；每焊完一层，摩擦棒与焊枪都提升一层的高度，以对后一层进行随焊摩擦碾轧；最后的盖面层则需更换为直径大于焊缝宽度的圆柱形摩擦棒。
7.根据权利要求1所述的一种随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性方法，其特征在于：当它应用于电弧堆焊增材制造时，为减小增材体的变形，摩擦棒所施加的轴向压力较小，且摩擦棒通常采用直径等于增材体宽度的圆柱形摩擦棒；每堆焊完一层，摩擦棒与焊枪都提升一层的高度，以对后一层进行随焊摩擦碾轧，使增材体的每一层都得到整形与改性。
8.根据权利要求1所述的一种随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性方法，其特征在于：当它应用于摩擦棒两侧加成形挡板的平板对接电弧焊时，在摩擦棒两侧加了一对成形挡板，它与摩擦棒之间留一点间隙，使它不影响摩擦棒的旋转，它既可与摩擦棒同步移动，也可单独上...
【技术特征摘要】
1.一种随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性方法，其特征在于：当焊枪在前面进行焊接时，在焊枪后方设置一根摩擦棒，其下端面接触并压紧焊缝表面，其上端用电机驱动使其绕自身轴旋转，从而在摩擦棒下端面与焊缝表面之间产生摩擦力，对焊接熔池后方刚凝固且仍处于高温塑性状态的焊缝进行摩擦碾轧，使焊缝表层产生变形流动，从而对焊缝进行整形和改性；摩擦棒跟在焊枪后面并与焊枪保持同步，与焊件之间保持相对运动，以与焊接速度相同的速度对整条焊缝进行摩擦碾轧；摩擦碾轧产生的塑性变形不仅可以碾平焊缝表面的不平整甚至余高，起到焊缝整形作用，获得类似搅拌摩擦焊的平整焊缝；而且能弥合焊缝表面缺陷，细化和致密化焊缝表层组织，有改善焊缝表层性能的作用；并使焊缝在板平面内伸展，减小焊件的收缩变形；这种方法可应用于平板对接电弧焊、t形角接接头电弧焊、厚板对接多层电弧焊、电弧堆焊增材制造、摩擦棒两侧加成形挡板的平板对接电弧焊、摩擦棒两侧加成形挡板的电弧堆焊增材制造，还可应用于其它的熔化焊和熔化堆焊增材制造，以及用于对喷涂层的表面整形及改性。
2.根据权利要求1所述的一种随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性方法，其特征在于，所述的摩擦棒的形状、尺寸、性能要求及材料选择如下：摩擦棒与焊缝接触端为摩擦端，可为圆柱形、锥球形或锥台形，摩擦端面上从中心向四周可以加工出辐射条纹，以增加摩擦力；摩擦端的直径根据焊缝的宽度来设计，如圆柱形摩擦端的直径一般为焊缝宽度的1倍-2倍，摩擦棒的长度为其直径的5倍-15倍，以确保摩擦棒具有足够的刚度，受压时不容易弯曲变形；为防止摩擦棒长时间受热软化，可在不动的轴承处增设冷却水道，以通水冷却；摩擦棒要求耐磨且耐高温，摩擦棒的材料根据填充材料或被焊母材来选择，随填充材料或被焊母材硬度的提高而选择耐磨性能更好的摩擦棒材料，随填充材料或被焊母材熔点的提高而选择耐高温性能更好的摩擦棒材料；按照具体需要，摩擦棒材料可以从热作模具钢、高速钢、硬质合金、高温合金、钨合金、耐磨耐高温复合材料中选取。
3.根据权利要求1所述的一种随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性方法，其特征在于，所述随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性效果取决于以下因素及其调节方式：一是摩擦碾轧时焊缝所处的温度，可通过调节摩擦棒与焊枪之间距离来选择，即调节摩擦棒的摩擦端到焊接熔池的距离，通常为10mm-100mm；二是摩擦棒转速，摩擦棒上端安装在类似电钻的夹头中，通过电机驱动摩擦棒绕自身轴旋转，转速可根据需要进行调节，通常为几百到几千转每分钟；三是摩擦棒压力，摩擦棒可沿轴向进给并施加压力，且压力可根据需要进行调节，通常为几十到几百牛顿；四是摩擦棒倾斜角度，摩擦棒通常垂直焊缝表面，但为了使待摩擦碾轧焊缝顺利进入摩擦端面下方，也可使摩擦棒稍微向焊缝后方倾斜一定角度，通常为0°-15°；五是摩擦棒平移速度，摩擦棒及其旋转驱动电机、轴向进给与加压机构、两侧成形挡板，都与焊枪可动连接在一起，并一同与焊枪安装在伸缩臂式焊接操作机、龙门式焊接操作机或焊接机器人上，从而实现同步平移和升降，即摩擦棒以与焊枪相同的速度平移。
4.根据权利要求1所述的一种随焊摩擦碾轧焊缝整形及改性方法，其特征在于：当它应用于平板对接电弧焊时，采用直径大于焊缝宽度且摩擦端面为平面或带辐射条纹的圆柱形摩擦棒。
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺文雄，周利，赵洪运，贺曌清，杨海峰，于静泊，梁涛，张浩宇，孙舒蕾，李雨，杨朝旭，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
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