搅拌摩擦焊接头缺陷检测与修复方法
搅拌摩擦焊接头内部孔洞缺陷分析
搅拌摩擦焊接头内部孔洞缺陷分析作者：张积瑜杨易徐俊来源：《中国科技博览》2017年第11期中图分类号：U546 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）11-0022-02相对于搅拌摩擦焊缝表面缺陷，内部缺陷对焊缝的性能影响更为严重，而且不易发现，要借助于一些缺陷检测工具，而且有的缺陷必须用专门的检测工具才可以发现。
内部缺陷主要包括内部孔洞和隧道、Z线和界线、吻接等。
1 内部孔洞内部孔洞的形成原因与表面孔洞有本质的区别，前者涉及到搅拌摩擦焊接头内部热塑性材料的复杂流动情况。
当焊接过程的热输入不足时，达到塑性化状态的材料不足，材料流动不充分而导致在焊缝内部形成材料未完全闭合。
当采用不带螺纹的柱状或锥状搅拌针的搅拌头进行焊接时接头容易出现该类缺陷。
通常位于接头前进侧的中下部以及焊缝表面附近，如图1。
内部孔洞与接头内部热塑性材料的流动情况有直接关系，试验研究表明，搅拌摩擦焊接过程中接头前进侧与返回侧的材料流动是不对称的，如图2，前进侧母材的流动方向和搅拌针周围的热塑性材料流动方向相反，而返回侧母材的流动方向和搅拌针周围的热塑性材料流动方向相同，因此造成前进侧的材料流动情况比返回侧复杂。
搅拌针周围的热塑性材料在搅拌针的旋转作用下从前进侧被带到返回侧，并在返回侧发生沉积，如果焊接参数不恰当，导致焊接过程温度较低，热塑性材料的流动状态变差，这样前进侧被搅拌针带走的材料得不到及时的补充，因此就会在接头内部形成孔洞。
图3是焊接过程中材料沿厚度方向的流动示意图，其中图3（a）、（b）和（c）分别为焊缝前进侧上部、中部和下部的材料流动情况，而3（d）、（e）和（f）分别为返回侧上部、中部和下部的材料流动情况。
前进侧上部的热塑性材料在轴肩的压力和搅拌针螺纹的作用下主要向下流动，如图3（a），而前进侧下部由于受轴肩的作用小，只是在搅拌针的旋转与挤压作用下带动一部分材料向上运动，如图3（c），当这部分向上运动的材料遇到由上部传送下来的材料，导致在前进侧中部的材料流动情况变得异常复杂，如图3（b），两股交汇的热塑性材料向焊核内部运动，并在孔洞周围沉积下来；相对前进侧，返回侧的材料运动形式就简单得多，热塑性材料在轴肩和搅拌针的作用下由上部向下部运动。
搅拌摩擦焊接缺陷的补焊方法
搅拌摩擦焊接缺陷的补焊方法
搅拌摩擦焊接是一种先进的金属焊接技术，但在实际应用过程中仍有可能出现一些焊接缺陷。
其中，最常见的缺陷类型包括气孔、裂纹和未熔合等。
这些缺陷不仅会降低焊接件的性能，还可能导致焊接处的破裂和断裂。
为了解决这些问题，可以采用补焊方法来修复搅拌摩擦焊接缺陷。
具体的补焊方法包括以下几个步骤：
1. 清除焊接处的污垢和氧化物，确保焊接表面干净。
2. 根据缺陷的类型和大小，选择合适的焊接材料和工艺参数。
3. 使用焊接设备对缺陷部位进行补焊。
在补焊时，需要注意焊
接速度、焊接压力和焊接温度等因素，以确保焊接质量。
4. 检验补焊后的焊接质量。
通常采用非破坏性检测方法，如X
射线检测、超声波检测和磁粉检测等。
总之，补焊是一种有效的方法，可以修复搅拌摩擦焊接缺陷，并提高焊接件的性能和寿命。
但是，为了避免焊接缺陷的产生，我们还应该在焊接过程中加强质量控制和管理，确保焊接质量符合标准和要求。
- 1 -。
搅拌摩擦焊匙孔和缺陷的近等强修复技术
搅拌摩擦焊匙孔和缺陷的近等强修复技术搅拌摩擦焊是一种高效、环保、经济的焊接技术，它能够将金属材料在高温下进行摩擦搅拌使其表面发生塑性变形，从而实现焊接的目的。
然而，在搅拌摩擦焊过程中，由于各种原因，如焊接参数设置不当、金属材料质量差等，可能会导致焊接件出现匙孔和缺陷。
这些缺陷会导致焊接件的强度和密封性降低，从而影响其使用寿命。
为此，近等强修复技术应运而生，它能够有效地修复焊接件中的匙孔和缺陷，提高其使用寿命。
近等强修复技术是一种利用高能束流或激光束在焊接件表面进行扫描和熔融，从而实现缺陷修复的技术。
该技术具有成本低、效率高、精度高等优点，因此在焊接行业得到了广泛应用。
在修复焊接件中的匙孔和缺陷时，近等强修复技术可以实现局部加热，使焊接件中的缺陷处发生熔融和流动，从而填充缺陷并提高其密封性和强度。
与传统的焊接修复方法相比，近等强修复技术具有以下优点：1. 高效性：近等强修复技术可以实现局部加热，从而快速修复焊接件中的匙孔和缺陷，大大提高了修复效率。
2. 精度高：近等强修复技术可以根据需要调整加热和冷却参数，从而实现对焊接件的精确修复。
3. 成本低：近等强修复技术不需要使用大量的材料，也不需要进行大规模的设备投资，因此成本较低。
4. 环保性好：近等强修复技术不需要使用大量的化学药品，也不会产生大量的废弃物，因此对环境的影响较小。
近等强修复技术在焊接行业中的应用越来越广泛。
在焊接件生产过程中，如果发现焊接件中存在匙孔和缺陷，可以使用近等强修复技术进行修复，从而提高焊接件的质量和性能。
此外，在焊接件使用过程中，如果出现损坏或者磨损，也可以使用近等强修复技术进行修复，延长焊接件的使用寿命。
搅拌摩擦焊是一种高效、环保、经济的焊接技术，但在焊接过程中可能会出现匙孔和缺陷，影响焊接件的使用寿命。
近等强修复技术是一种有效的修复技术，它能够快速、精确地修复焊接件中的匙孔和缺陷，提高其使用寿命。
在未来的发展中，搅拌摩擦焊和近等强修复技术将继续得到广泛的应用，为焊接行业的发展注入新的活力。
伸缩式搅拌头厚铝板搅拌摩擦焊缺陷及其补焊工艺
伸缩式搅拌头厚铝板搅拌摩擦焊缺陷及其补焊工艺李博;沈以赴;胡伟叶【摘要】By using the telescopic stir-pin, 25 mm-thickness 2219-T6 aluminum alloy couple plates were successfully friction-stir welded, and no plunge-through defect induced by the press amount of tool-shoulder was observed in the multi-pass repairing welding process. The microstructures in sound friction-stir welds, material-loss typed and weak-link typed weld defects were observed. The results show that the weld along the weld-thickness direction can be divided into shoulder-affected and pin-affected zones. The formation of defects is associated with the change of the welding parameters, and the inner material-loss typed defects follow volume conservation relationship. For the welds with different-size root flaws prepared by telescopic stir-pin, a non-linear relationship exists between the root-flaw depth and the weld tensile strength. In addition, under the unified welding parameters, by adjusting the telescopic pin length, the effects of multi-pass welding on the microstructure and properties of the resultant welds were investigated.%采用伸缩式搅拌头对25 mm板厚2219-T6铝合金进行搅拌摩擦焊,在多道补焊时避免搅拌头轴肩的二次下压量造成的底部焊穿.对25 mm板厚2219-T6搅拌摩擦焊焊缝的微观组织、材料缺失型缺陷及弱连接型缺陷进行观察.结果表明:焊缝沿厚度方向分为轴肩影响区和搅拌针影响区,焊接参数的变化与这两区域中缺陷的产生存在一定关系,焊缝中的材料缺失型缺陷遵循一定的体积守恒关系.利用伸缩式搅拌头制备不同尺寸的焊缝根部未焊透缺陷,发现未焊透的深度与焊缝抗拉强度呈非线性关系.在统一的焊接参数规范下,调整搅拌针伸出长度进行多道焊,研究多道补焊工艺对焊缝组织性能的影响.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2012(022)001【总页数】10页(P62-71)【关键词】2219铝合金;搅拌摩擦焊;焊缝缺陷;伸缩式搅拌头;多道焊【作者】李博;沈以赴;胡伟叶【作者单位】南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京210016;中国航天科工集团南京晨光厂工艺研究所,南京210012【正文语种】中文【中图分类】TG146.2搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)作为一种多用于铝合金的新型固相连接技术，可避免传统熔化焊造成的焊缝冶金缺陷[1-3]。
搅拌摩擦焊接缺陷的补焊方法
Cu
Mn
Fe
Ti
V
Zn
Si
Zr
Al 抗拉强度 RmΠMPa 屈服强度 ReLΠMPa 断后伸长率 A ( %)
6. 48 0. 32 0. 23 0. 06 0. 08 0. 04 0. 49 0. 2 余量
432
315
11
1. 2 焊接及补焊方法 为方便起见 ,将对原始母材直接焊接所形成的
收稿日期 : 2008 - 04 - 30 基金项目 : 哈尔滨工业大学优秀团队支持计划项目资助 ; 国家科技
4
焊 接 学 报
第 30 卷
后退侧 (即 RS) ,具体位置介于焊缝与热影响区的界 面附近 ,断裂方向与焊缝表面成一定的角度. 至于
拉伸时补焊接头均断在焊缝后退侧的原因 ,则有待 于进一步的研究.
图 5 与不同缺陷对应的补焊接头的拉伸断裂位置 Fig15 Fracture locations of repaired joints corre sponding to different defects
采用优化的工艺参数进行补焊后 ,原来含有沟 槽缺陷的接头强度从 152 MPa 提高到了 335 MPa ,而 原来含有孔洞和未焊合缺陷的接头强度分别从 307 和 308 MPa 提高到了 343 ,341 MPa ,都接近于优质原 始接头的强度 ,达到母材强度的 78 %以上. 与此同 时 ,原来含有沟槽缺陷的原始接头经补焊后其断后 伸长率达到 8. 4 % ,而原来含有孔洞缺陷和未焊合 缺陷的原始接头经补焊后其断后伸长率均已达到 10 % ,是母材的 91 %. 这些结果表明 ,采用搅拌摩擦 补焊技术可以消除原始接头中所存在的焊接缺陷 , 而且接头性能能够达到优质原始接头的性能 ,满足 工程对接头质量和力学性能的要求.
铝合金搅拌摩擦焊
1自然时效 室温放置96h，
2人工时效185~195℃保温 6~12小时，空冷
分级时效：
第一步：100~130℃保温1-4h, 形成GP区 第二步：185~195℃时效8-9h，析出沉淀相
分级时效的优点：
先在一个较低的温度获得 高浓度 G.P. 区，然后再较高的温 度下获得 均匀的沉淀相， 提高组织的均匀性。
参考文献
[1]李生朋. 铝合金薄板搅拌摩擦焊焊接变形机理与控制 [D]. 中南大学, 2011.
[2]李兵 . 6063铝合金薄板搅拌摩擦焊接工艺及机理的研究 [D].东北大学, 2009. [3]胡尊艳. 焊后时效对6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接头组织 和性能的影响[D].北京交通大学, 2008.
热影响区 : 温度不足以使沉淀相溶解，沉淀相发生粗 化。 热机械影响区：温度达到固溶温度，部分沉淀相粗化， 部分溶解，在后续的冷却过程中有少量细小沉淀析出 中心
焊核区：沉淀相完全溶解， 冷却过程中，沉淀相优 先在位错和晶界处析出，分布不均匀
五、解决方案
焊缝后续热处理 一 二 三 350~370℃保温30到120min 去应力退火 固溶处理 ：加热到490~505℃， 然后水冷。 时效 ：
[4]周德生. 铝合金搅拌摩擦焊构件时效成形研究[D]. 南昌 航空大学, 2011.
[5]王海艳. 6061铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能研究 [D]. 华南理工大学, 2010.
一、背景介绍
铝合金焊接性:
1、焊接变形 2、焊接裂纹问题 3、焊接接头软化 4、气孔
与传统熔化焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有接头宏观形 貌良好、焊后残余应力和变形较小、焊缝性能良好；焊接 时无烟尘、无辐射；焊接过程中不需焊丝填充、不需气体 保护，比较节省成本，最大程度上缓解了因热输入过大导 致的铝合金焊接接头发生的“软化”及裂纹、气孔等严重 缺陷，因此搅拌摩擦焊特别适合于铝合金的连接。
搅拌摩擦焊焊接缺陷的研究
焊接 专题综述 Feature A rticle
能是在焊缝中形成隧道型缺陷 。 搅拌摩擦焊缺陷的产生是多种因素共同作用的结
果 ,对于不同的焊接过程及被焊材料 ,各种因素是相互制 约的。现有的研究仅就某个因素单独作用进行了探索 , 对于各个因素相互作用关系的研究还有待于进一步深入 。
3 搅拌摩擦焊接头缺陷的检测手段
搅拌摩擦焊接头中的缺陷具有明显的紧贴和微细 特点 ,通常采用 X射线 、超声无损检测以及金相观察等 方法进行检测 。
刘松平等人 [ 19 ]研究了 X 射线和超声检测对 FSW 缺陷的检测能力和可检测性 ,并采用光学观察方法对 无损检测 结 果 和 缺 陷 判 别 方 法 进 行 了 验 证 和 对 比 分 析 。结果表明 ,高分辨率超声反射法对搅拌摩擦焊接 头微细缺陷 (如微细孔洞 )有较好的检测能力 ,并研究 了采用变入射角超声反射法解决搅拌摩擦焊焊缝区不 同取向缺陷的无损检测 。通过计算分析超声波在焊缝 区的声波入射角 、缺陷取向和缺陷紧贴性对声波反射 影响 ,确定入射声波的角度变化范围 ,通过改变入射角 获取入射声波在缺陷处的最佳声学反射方向 ,提高入 射声波对不同取向缺陷的检出能力 [ 20 ] 。
过热或者塑性材料流动不足都会导致缺陷的形成 。焊 缝顶部同 时 受 到 搅 拌 针 和 轴 肩 的 强 烈 摩 擦 和 搅 拌 作 用 ,即使焊接速度非常高或者搅拌头的转速不够高 ,仍 然能够保证一定的热输入而形成无缺陷的连接 ; 焊缝 中部只受到搅拌针的摩擦搅拌作用 ,其热输入小于顶 部 ,但其热量的输出也小于顶部和底部 ,因此总的热量 吸收要大于顶部和底部 ,材料软化程度最高 ;输入焊缝 底部的热量最少而输出最大 ,所以当工艺参数选择不 当或焊具尺寸不合适时 ,焊缝底部将出现焊接缺陷 [ 9 ] 。 1. 1 孔 洞
ISO 25239-5 2020 搅拌摩擦焊 铝 质量和检验要求(中文版)
ISO 25239-5:2020搅拌摩擦焊—铝第5部分：质量和检验要求狮子十之八九译目录前言引言1 范围2 引用标准（略）3 名词和术语4 质量要求4.1 概述4.2 焊接人员4.3 检验和试验人员4.4 设备4.5 焊接工艺规程4.6 搅拌摩擦焊搅拌头4.7 焊接接头的准备与装配4.8 预热温度和道间温度的控制4.9 点固焊4.10焊接4.11焊后热处理4.12检验和试验4.13标识和可追溯性附录A（标准）缺欠、试验和检验、验收要求和ISO6520-1代码文献（略）ISO（国际标准化组织）是一个世界范围内的国家标准学会（ISO成员组织）的联合体。
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搅拌摩擦焊接头缺陷检测与修复方法
中图分类号：T341 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）11-0048-01
1 缺陷的检测方法
铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷具有紧贴、细微、取向复杂等特点，增加了缺陷无损检测的难度，目前的检测方法主要有：超声检测、射线探伤、涡流探伤、激光干涉等检测方法。
1.1 超声检测法
超声检测技术是基于声波在材料中的传播路径与材料的均匀性有关，当声波的传播路径上出现缺陷时，就会改变原来的传播特性，产生反射、折射和波形转换。
超声检测技术是目前应用于搅拌摩擦焊接头缺陷检测的一种理想的无损检测方法，也是应用最广泛的一种方法，具有灵敏度和检出率高、缺陷定位准确等优点。
超声波定性检测缺陷的方法主要有波形判别法、回波相位法、频谱分析法、超声C和B 扫描法等[1]。
刘松平[2]等人研究了利用超声反射法检测搅拌摩擦焊缝区不同取向的缺陷。
通过计算分析超声波在焊缝区的声波入射角、缺陷取向和缺陷紧贴性对声波反射的影响，确定入射声波的角度变化范围，通过改变入射角获取入射声波在缺
陷处的最佳声学反射方向，提高入射声波对不同取向缺陷的检出能力。
检测结果表明，该法可以有效地检出铝合金搅拌摩擦焊缝区不同取向焊接缺陷，是解决搅拌摩擦焊缝区微细和紧贴型缺陷无损检测的一种可行的方法。
另外，利用高分辨率超声波在缺陷的反射回波信号波形（即频谱）的不同，还可以区分缺陷的性质或类型。
徐蒋明[3]等人通过超声波检测中的前后扫查和左右扫
查获取缺陷的超声波回波动态波形，分别描述了铝合金搅拌摩擦焊焊缝的包铝陷入缺陷、隧道孔缺陷和未焊透缺陷的动态波形特点，并分析了各缺陷动态波形形成的原因。
结果表明三种缺陷左右扫查的动态波形相似；隧道孔缺陷的前后扫查动态波形具有自身特征，而包铝陷入缺陷和未焊透缺陷的前后扫查动态波形具有光滑平面反射体的前后扫查的动态
波形特征，需要辅助以其他手段来区分这两种缺陷并对其定性。
1.2 X射线检测法
X射线检测方法基于射线束穿过缺陷区引起的能量衰减原理，利用合理感光材料或用记录仪器记录这种能量衰减，以灰（黑）度变化来评定缺陷的存在。
刘松平[4]等人利用X射线成功的探测了3mm厚铝合金板内预制的孔洞缺陷，但是相比超声检测的方法，X射线的检测能力有限，特别是针对搅拌摩擦焊缝中的微细和紧贴型
缺陷，利用超声检测能够得到更好的检测结果。
2 缺陷的修复方法
针对搅拌摩擦焊接过程中的沟槽、孔洞、未焊合和隧道型缺陷，哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室的刘会杰教授等人[5，6]提出了一种搅拌摩擦补焊方法，就是选择优化的焊接工艺参数和焊接工具对接头含有缺陷的
试件沿反方向重新进行搅拌摩擦焊接。
试验发现在优化的补焊工艺参数下，能够获得焊缝成形良好的补焊接头，焊接缺陷被消除，接头性能得到大幅提高，与优质原始接头的性能相当，可以达到工程对接头质量和力学性能的要求。
3 结论
总结了搅拌摩擦焊接过程中出现的缺陷类型，并分析了缺陷产生的原因及其危害，介绍了避免缺陷产生的方法和缺陷的检测与修复方法。
但目前对搅拌摩擦焊焊接缺陷的研究都是从接头性能和焊缝组织的角度出发，对于搅拌摩擦焊焊接缺陷的产生机理还缺乏更为深入的研究，随着搅拌摩擦焊技术的推广和研究的不断深入，有关焊接缺陷的研究、分析、检测和修复技术也将迅速发展，这对提高接头质量和可靠性具有重要意义。
参考文献
[1] 夏纪真.超声检测技术中的缺陷定性方法[J].无损探伤，1988，4.
[2] 刘松平，刘菲菲，李乐刚等.搅拌摩擦焊缝变入射角超声检测方法研究[J].无损检测，2006，28（5）：225-228.
[3] 徐蒋明，柯黎明，邢丽等.搅拌摩擦焊焊缝缺陷的超声波动态波形分析[J].材料研究与应用，2008，2（1）：34-38.
[4] 刘松平，刘菲菲，李乐刚等.铝合金搅拌摩擦焊缝的无损检测方法[J]. 航空制造技术，2006，3：81-84.
[5] Liu Hui-jie，Zhang Hui-jie.Repair welding process of friction stir welding groove defect[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2009，19：563-567.
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