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常用的焊接修复工艺 激光修复公司来告诉你

2018-09-24

1.1.1 焊条电弧焊


电弧焊是利用焊条和工件间产生电弧热,将工件和焊条加热熔化而进行焊接的,其优点是操作灵活,待焊接头装配要求低、可焊金属广且熔敷速度较低。


2010年,石金磊等人[1]将焊条电弧焊应用于管道修复中,系统研究了焊条电弧焊的工艺要点,焊条直径、种类、牌号、焊接电流、电源种类和极性、电弧电压、焊接速度和焊接层次等。2012年,白霞光等人[2]对焊条电弧焊在管道修复中的操作过程进行研究,将焊接操作分为引弧、熔池保持、电弧行走及收弧四个步骤,并分别确定了各个步骤的常用方法以及焊接运动方式。同年,张鑫等人[3]分析了焊条电弧焊在管线修缮工作中的危险性,认为电弧过大侵蚀管材,使管材变薄而不能承受内在介质的压力而破裂,并且通过对河南安阳燃气天然管道和山东东明石化炼油厂管线进行维护,得出焊条电弧焊在管线修复中有较好工程效果的结论。2013年,马国等人[4]通过对2种不同的汽车覆盖件铸造模具钢材料的焊接修复工艺进行对比,研究更能够适用焊接接头的母材的热处理方案。不同的热处理工艺表明,铸造模具钢材料在铸态焊接时:焊接接头按照母材退火工艺860 ℃保温2 h,随后760 ℃保温4 h,然后炉冷,进行退火后,不论哪种电流焊接均在原淬火区中出现了再热裂纹,母材的退火工艺并不适用于焊接接头。


大量文献表明焊条电弧焊主要应用于管道线路的修复中,其设备简单易于操作,满足管线在地下或水下工作环境的需要。但焊条电弧焊生产效率低劳动强度大,工作环境恶劣,后期开发了在管道施工中使用的自动焊机。


1。1。2 埋弧焊


埋弧焊相对于焊条电弧焊机械化程度及生产效率高,其工作原理是焊接电弧在焊丝与工件之间燃烧,电弧热将焊丝端部及电弧附近的母材和焊剂熔化。熔渣则凝固成渣壳,覆盖于焊缝表面。


2006年,张羽等人采用变频调速自动埋弧焊技术针对冷凝管车间1 200 t卧式挤压机主柱塞、穿孔塞进行修复。2010年, Rupesh Kaushik[5]通过保持焊接电流、电压、焊接速度以及其他参量恒定单一研究了助焊剂对高强度低合金焊缝拉伸强度、冲击强度、硬度、显微结构等影响,通过分析试验数据、仿真模拟及对显微结构的分析,确定了焊接接头各项性能较好的助焊剂。王清宝[6]针对埋弧堆焊药芯焊丝,通过优化 Cr5 系合金成分,改变药芯焊丝的合金元素加入形式,研究了熔敷金属高温拉伸性能、热疲劳性能和磨损性能的差异,同时研究了熔滴及熔池阶段的凝固组织,焊态及热处理态显微组织的演变规律,对堆焊熔敷金属力学性能的影响因素和规律进行了分析,改善轧辊表面材料失效的问题。另外,王元良等人[7]对汽车磨损零件裂纹进行多电源双(多)丝埋弧焊、单电源串并列双丝埋弧焊焊接修复,系统梳理了不同焊接方式在节约电能、减少裂纹倾向、提高生产率、改善接头性能、提高焊缝质量方面的特点,满足焊接缺陷变形和残余应力控制的要求。


因此,埋弧焊在修复金属结构方面主要用于材料表面改性,广泛应用于对机械、航空航天、汽车领域的凸轮、曲轴、活塞、汽缸、离合器等表面易磨损零部件的修复或修补。针对高温环境下工作的飞机发动机涡轮、皮带轮、油压机柱塞等,也有很好的修复性。


1。1。3 气体保护焊


气体保护焊利用气体作为电弧介质,并且可以保护电弧和焊接区。由于CO2气体保护焊修复对焊件表面油污不敏感,且气体价格低廉,以CO2气体保护焊修复受损零件为主。


激光修复公司称早于1993年,太原重型机械集团有限公司黄家鸿[8]就运用CO2气体保护焊对大型锤头进行修复。2003年,该公司王成文[9]采用CO2气体保护焊对大型水压机立柱进行焊接修复,严格控制焊前预热温度以及焊后时效处理,质量检查合格。同时,也对大型轧机铸轧辊进行富氩混合气体保护焊,经着色探伤检测,未发现裂纹、夹渣、剥离等缺陷,修复成功。2015年,高党寻等人[10]对清华大学1922级喷水塔进行修补,针对塔身裂缝处灰铸铁材料的特点,采取CO2 气体保护半自动焊配合高塑性材料进行修复。聂刚等人通过叶片裂纹补焊工艺试验,确定采用镍基焊接材料的TIG焊接工艺,成功地补焊修复了大量叶片裂纹。MIG与TIG工艺类似,MIG焊将焊炬内的钨电极用金属丝代替,赵卓[11]研究了新型铸造热作模具钢 MIG焊接接头组织结构特点、焊接工艺参数对接头组织及硬度的影响、接头的力学性能及裂纹敏感性。通过试验以及对焊接接头组织分析和硬度测试,评价焊接性能,设计并优化出合理的焊接工艺参数以达到对失效热作模具实用、快速、高效的修复。


气体保护焊主要用于对高碳钢材料及铸铁结构的焊接修复。铸铁焊接性能差,气体保护焊由于电弧在保护气流的压缩下热量集中,焊接速度较快,熔池较小,热影响区窄,焊件焊后变形小,因此避免了高碳钢及铸铁由于塑性不足而产生裂纹。另外,惰性气体保护焊(TIG,MIG)也可以焊接化学活泼性强和易形成高熔点氧化膜的镁、铝、钛及其合金。其缺点是成本高、焊前清理要求严格且对环境风力要求苛刻。如何扬长避短还有待进一步的研究。


1.1.4 激光焊


激光焊接生产线大规模出现在汽车行业。根据汽车工业批量大、自动化程度高的特点,激光焊接设备向大功率、多路式方向发展。在激光焊接修复金属结构方面,海军航空工程学院姜伟等人[12]为研究修复K418涡轮导向器的工艺,以CO2连续激光器为热源,在涡轮导向器试验叶片表面熔覆自配粉末,获得了微观形貌和显微硬度均优于基体组织的熔覆层。随后改用YAG脉冲激光器作为热源,进行熔覆效果对比,同时尝试调整粉末成分,加入铌等稀土元素,进一步优化材料参数和工艺参数,焊接性能较好。随后,空军第一航空学院代永超[13]对飞机的TC4钛合金结构激光焊接修复工艺进行研究,取3个式样进行激光焊接参数设计及激光焊接试验,并对接头进行力学性能测试,以接头强度值为评估指标对工艺参数进行优化,最后分析焊接接头的微观组织。近些年,激光焊在医疗器械方面应用广泛。清华大学的李晓莉等人[14],研究了高温合金K403基体上采用镍基自熔合金和自配无硼、硅元素镍基合金的激光同步送粉熔覆过程,分析了基体组织状态、熔覆层材料和熔覆工艺参数对熔覆层裂纹倾向的影响,探讨了激光熔覆技术强化和修复高温合金叶片的可行性。研究发现,激光熔覆时大多数裂纹是从基体形成后深人到熔覆层中,而基体组织中缩松等铸造缺陷及晶界低熔点共晶的存在是熔覆层开裂的重要原因。采用无硼、硅元素合金熔覆改善了结合区性能,与自熔合金相比,有助于改善熔覆层裂纹倾向。此外,吉林大学一些学者[15]研究了激光堆焊修复模具开裂后的仿生耦合强化问题,根据仿生耦合原理,利用激光技术在疲劳试样表面设计并制备出具有修复和止裂功能的单元体,使单元体按生物体表强化单元分布规律组合,并与母体材料构成仿生耦合表面,并考察了强化后试样的抗拉强度和热疲劳性能,并将此技术应用于对热作模具的修复上。


激光焊对于钛及钛合金的薄板及精密零件的焊接具有更广泛的前景,只要工艺参数匹配合理,TC4钛合金焊缝内部质量可达到GB3233—87K级焊缝要求。


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