本發(fā)明涉及增材缺陷修復(fù)，具體地，涉及一種高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊縫缺陷修復(fù)方法及系統(tǒng)。尤其涉及一種低熱量輸入的兼具橫向與縱向連接強(qiáng)韌化，形成機(jī)械互鎖界面的攪拌摩擦焊接缺陷修復(fù)填料路徑設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

1、攪拌摩擦技術(shù)（frictionstirwelding，fsw）是英國焊接研究所（theweldinginstitute，twi）在1991年發(fā)明的一種先進(jìn)的材料固態(tài)連接方法。該技術(shù)具有熱輸入量低、焊接接頭質(zhì)量高、焊接變形小、對溫濕度不敏感、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于鋁合金材料的焊接。因此，fsw技術(shù)一經(jīng)問世，既得到了專家學(xué)者的廣泛關(guān)注，并由于這項(xiàng)技術(shù)所具備的顯著技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，截止目前fsw技術(shù)已在航空、航天、造船、汽車制造，以及軌道車輛加工制造方面得到了廣泛應(yīng)用。

2、2195鋁鋰合金等新型鋁合金輕質(zhì)高強(qiáng)的特性為大型輕質(zhì)貯箱的制造提供更多的可能性，由于熱裂敏感性高的特性，鋁鋰合金熔焊質(zhì)量較差，由于高熱輸入極易出現(xiàn)孔洞、裂紋等致命缺陷，且僅依賴于參數(shù)優(yōu)化往往難以完全避免。因此，攪拌摩擦增材技術(shù)的發(fā)展對于鋁鋰合金的工程化應(yīng)用至關(guān)重要。但是，攪拌摩擦焊接過程中常常出現(xiàn)焊縫減薄或下沉等缺陷，此類缺陷目前常采用熔焊填絲后再攪拌摩擦焊接改善組織的方法，存在諸多問題：

3、①在熔焊過程中由于熔化熱的引入對鋁鋰合金基體組織性能影響較大；

4、②鋁鋰合金目前缺乏經(jīng)過工程應(yīng)用驗(yàn)證的成熟焊絲；

5、③熔焊填充組織致密性差，修復(fù)部分經(jīng)攪拌摩擦焊后仍存在缺陷。

6、因此，亟需開展鋁鋰合金的增材修復(fù)新方法，固特別是低熱輸入的形成機(jī)械互鎖效應(yīng)及冶金結(jié)合的攪拌摩擦焊接缺陷修復(fù)工具設(shè)計(jì)與修復(fù)技術(shù)。

7、專利文獻(xiàn)cn209648007u公開了一種鋁合金焊縫表面缺陷修復(fù)裝置，包括底座和連接塊，底座的底部上表面開設(shè)有底部滑槽，連接塊對稱焊接在底座的外部兩側(cè)，底座的兩側(cè)內(nèi)部預(yù)留有螺紋孔，且底座的內(nèi)側(cè)通過彈簧與夾板相互連接，底座的上方通過上部轉(zhuǎn)軸與側(cè)邊桿相互連接，且側(cè)邊桿的外部兩側(cè)開設(shè)有側(cè)邊滑槽，側(cè)邊滑塊安裝在定位塊的側(cè)面，焊槍和定位塊的內(nèi)側(cè)均安裝有固定柱，且固定柱通過固定孔與側(cè)邊桿相互連接。

8、但是專利文獻(xiàn)cn209648007u無法對低熱輸入的形成機(jī)械互鎖效應(yīng)及冶金結(jié)合的攪拌摩擦焊接缺陷進(jìn)行修復(fù)。

9、此外，常見固相修復(fù)技術(shù)，如攪拌摩擦增材、軋制、粉末冶金等，均存在不同程度的修復(fù)形狀受限、后處理復(fù)雜等缺點(diǎn)，且成形件中存在明顯的各向異性，多道間與多層間結(jié)合機(jī)制及層間結(jié)合力弱仍然是繼續(xù)解決的問題，尤其是修復(fù)區(qū)域與基體間結(jié)合界面強(qiáng)度差的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊縫缺陷修復(fù)方法及系統(tǒng)。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的一種高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊縫缺陷修復(fù)方法，包括：

3、步驟s1：劃取待修復(fù)區(qū)域，提取待修復(fù)區(qū)域輪廓；

4、步驟s2：根據(jù)所述待修復(fù)區(qū)域的分布計(jì)算填充道次與層數(shù)，規(guī)劃交叉界面效應(yīng)的多層多道填充路徑，保存于設(shè)備可讀取的三維模型中；

5、步驟s3：確定修復(fù)制造過程參數(shù)；

6、步驟s4：數(shù)據(jù)模型處理，將包含待修復(fù)區(qū)域輪廓、填充層數(shù)和每層填充道次的數(shù)據(jù)模型以文件格式導(dǎo)入到模型處理軟件中，根據(jù)所述修復(fù)制造過程參數(shù)，完成修復(fù)模型處理，得到待修復(fù)件的填充修復(fù)路徑；

7、步驟s5：根據(jù)所述修復(fù)制造過程參數(shù)和步驟s4所規(guī)劃的路徑配合增材修復(fù)設(shè)備的工具，制備得到修復(fù)后的高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件。

8、優(yōu)選地，所述步驟s1中根據(jù)修復(fù)工具的路徑及填充要求，使用計(jì)算機(jī)輔助軟件建立三維模型實(shí)體，并將所述三維模型實(shí)體保存為模型處理軟件可識別的文件格式；

9、所述文件格式包括stl格式、stp格式。

10、優(yōu)選地，所述步驟s2包括提取的待修復(fù)區(qū)域三維信息，根據(jù)所述三維信息計(jì)算填充道次與層數(shù)；

11、所述三維信息包括待修復(fù)區(qū)域的尺寸、單道寬度和單層厚度；

12、填充層數(shù)和每層填充道次的計(jì)算公式如下：

13、n=(h+5)/t

14、m=l或m=w/d

15、其中，n表示填充層數(shù)，m表示每層填充道次，l、w、h分別表示待修復(fù)區(qū)域的長、寬、高，d表示單層寬度，t表示單層厚度。

16、優(yōu)選地，所述步驟s3包括第一過程和第二過程；

17、所述第一過程為先采用低熱輸入進(jìn)行材料補(bǔ)充，此時(shí)填充材料層間與道間及填補(bǔ)充區(qū)域與基材之間不產(chǎn)生冶金及機(jī)械結(jié)合，填料區(qū)域相鄰層間順時(shí)針旋轉(zhuǎn)63°，且單層間采用非直線的密排填充方式，引入多界面效應(yīng)；

18、所述第二過程為采用側(cè)面具有鋸齒特征的修復(fù)工具進(jìn)行組織變質(zhì)劑均勻化處理，增加修復(fù)區(qū)域?qū)娱g、道間及修復(fù)區(qū)域與基材之間的冶金結(jié)合與機(jī)械鎖合效應(yīng)。

19、優(yōu)選地，第一過程中熱輸入小于第二過程，第二過程熱輸入小于包括熔化焊接填料方式引入的熱量。

20、優(yōu)選地，所述步驟s4中填充區(qū)域單層道次中采用非線性的密布排列方式，而所制備的填充區(qū)域與基材界面區(qū)域采用寬幅輪廓填充方式，覆蓋所有界面區(qū)域。

21、優(yōu)選地，所述步驟s4包括將步驟s2產(chǎn)生的三維格式文件導(dǎo)入到增材制造切片分層模型處理軟件中，根據(jù)步驟s3確定的修復(fù)制造參數(shù)，t為單層厚度，d?為單道鋪設(shè)間距，然后根據(jù)待修復(fù)區(qū)域輪廓規(guī)劃制造路徑，生成基材填充路徑的缺陷修復(fù)命令文件。

22、優(yōu)選地，所述步驟s5中在待修復(fù)區(qū)域進(jìn)行連續(xù)道次的非直線鋪設(shè)，使得連續(xù)道次交叉非平截界面分布，采用周向具有鋸齒結(jié)構(gòu)的修復(fù)工具對修復(fù)區(qū)域進(jìn)行邊填料邊改性，制備獲得多交叉界面的弱各向異性的待修復(fù)區(qū)域。

23、優(yōu)選地，采用包括攪拌摩擦增材的低熱量填料方式，添加材料以較差分布的方式填充于待修復(fù)區(qū)域，使連續(xù)被填充區(qū)域與填充材料之間形成多重接觸，最終獲得低熱輸入的弱各向異性高強(qiáng)鋁合金修復(fù)區(qū)域。

24、根據(jù)本發(fā)明提供的一種高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊縫缺陷修復(fù)系統(tǒng)，包括：

25、模塊m1：劃取待修復(fù)區(qū)域，提取待修復(fù)區(qū)域輪廓；

26、模塊m2：根據(jù)所述待修復(fù)區(qū)域的分布計(jì)算填充道次與層數(shù)，規(guī)劃交叉界面效應(yīng)的多層多道填充路徑，保存于設(shè)備可讀取的三維模型中；

27、模塊m3：確定修復(fù)制造過程參數(shù)；

28、模塊m4：數(shù)據(jù)模型處理，將包含待修復(fù)區(qū)域輪廓、填充層數(shù)和每層填充道次的數(shù)據(jù)模型以文件格式導(dǎo)入到模型處理軟件中，根據(jù)所述修復(fù)制造過程參數(shù)，完成修復(fù)模型處理，得到待修復(fù)件的填充修復(fù)路徑；

29、模塊m5：根據(jù)所述修復(fù)制造過程參數(shù)和模塊m4所規(guī)劃的路徑配合增材修復(fù)設(shè)備的工具，制備得到修復(fù)后的高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

31、本發(fā)明采用攪拌摩擦增材等低熱量的增料方式替代原有的高熱輸入的熔化焊接填料方式，填料部分采用不規(guī)則波浪形密排分布方式，可有效增加多界面效應(yīng)，緩解單一熱輸入引起的組織異常長大及性能各向異性問題，有效提升材料的綜合性能，減少熱輸入對基體的影響，降低熱裂風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)打破高強(qiáng)鋁合金焊縫無法多次修復(fù)的限制。

32、本發(fā)明相對于傳統(tǒng)的固相修復(fù)方式，采用兩側(cè)具有鋸齒結(jié)構(gòu)的修復(fù)工具，可實(shí)現(xiàn)基材與填充區(qū)域、填充區(qū)域道間與層間的物質(zhì)及熱量交換，形成兼具冶金結(jié)合與機(jī)械鎖合效應(yīng)的橫向及縱向界面分布，修復(fù)區(qū)域與基體的結(jié)合強(qiáng)度提升，修復(fù)區(qū)域的層間結(jié)合強(qiáng)度提升，構(gòu)件各向異性減弱。

33、本發(fā)明通過攪拌工具的優(yōu)化，發(fā)明一種新型填料方式，避免熔焊等熔體過渡的高能量熱輸入填料方式，從而避免高強(qiáng)鋁合金基體由于熱輸入過高產(chǎn)生的晶粒粗大甚至開裂；此外，通過修復(fù)工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加修復(fù)區(qū)域與基體間物質(zhì)轉(zhuǎn)換效率，弱化單一界面效應(yīng)，從而有效地弱化修復(fù)層與基體連接界面性能差及多層多道修復(fù)區(qū)域性能各向異性的問題，尤其是修復(fù)工具側(cè)面鋸齒形設(shè)計(jì)形式，實(shí)現(xiàn)了修復(fù)區(qū)域與增基體組織的穿插分布。