一種用於板類鈦合金磨損件弧焊再製造的焊槍偏移量確定方法與流程
2023-08-12 21:31:01
本發明涉及堆焊修復工藝技術領域，特別是涉及一種用於板類鈦合金磨損件弧焊再製造的焊槍偏移量確定方法。
背景技術：
鈦合金材料具有密度低、耐蝕性強、機械強度高等優點，同時其在無磁性、超導性和儲氫量等方面所表現出的優異性能，使得其在航空航天、艦船航母、深海探測、國防軍工等尖端科技和關鍵技術領域得到了越來越廣泛的應用。
隨之鈦合金件的失效報廢問題也日益突出，其中大量板類件表面因出現大面積磨損而失效報廢。常用的表面磨損修複方法有雷射修復、電子束修復和鎢極氬弧焊修復等。但雷射修復存在設備昂貴，修復表面易粘粉、平整度差等問題；電子束修復存在深寬比大、修復區力學性能均勻性差等不足，對磨損量較小的構件難以適用；鎢極氬弧焊修復存在沉積速度慢、修復效率低等缺點。
mig焊修復技術具有設備簡單、沉積速度快、修復質量高等優點，是一種有效的鈦合金修復技術。當表面磨損面積較大，超過單道焊縫熔寬時，就需要通過焊縫搭接才能完成。研究人員對雷射焊接、離子束焊接、mig弧焊等工藝的焊縫搭接量開展了相關研究。
烏日開西·艾依提基於微束等離子弧焊工藝，採用h0cr21ni10不鏽鋼焊絲，研究了熔寬一定、高度不同時的搭接率，建立了堆積軌跡的簡化搭接模型，並對不同寬高比的成形軌跡搭接參數進行了分析，結果表明，當熔寬不變時，隨著寬高比的增加，焊縫間距減小、搭接率增加。曹勇等提出了「等面積堆積法」的焊縫搭接量計算方法，並以焊縫截面形態為正弦為例建立了焊縫搭接量，計算得出的最佳搭接率為熔寬的63.66％。孟凡軍採用gmaw堆焊成形工藝在45鋼板進行了焊縫堆積實驗，建立了順序焊道搭接量模型，認為相鄰焊道搭接量為熔寬的0.66倍時搭接質量較好。錢紹祥研究了雷射光斑搭接率對aisi202焊接接頭應力分布的影響。結果表明，隨著光斑搭接率的增加，殘餘應力場得到增強，並且應力分布更加均勻。搭接率由50％增加到80％，平均橫向殘餘壓應力增加了20％，波動減少了30％；平均縱向壓應力增加了30％，波動減小了13％。李慧玲研究了不同搭接量條件下雷射微細熔覆柔性直寫厚膜電阻組織性能，認為搭接量的改變對電阻組織性能具有很大影響，並得出形成電阻膜的最佳搭接量為單道掃描光斑直徑的0.6倍。朱勝在其發明專利(授權號：zl201402511461.6)中公開了「一種鈦及其合金損傷構件弧焊再製造方法」，提出了基本修復工藝參數，但對表面磨損面積較大、需要多道焊縫堆積修復時的焊縫搭接量選取未作進一步明確。中國船舶重工集團公司第七二五研究所針對鈦及其合金大型結構件，特別是焊縫數量多、分布空間位置和複雜的薄壁板筋件焊接，也開發出鈦及其合金手工熔化極惰性氣體保護焊工藝，並申報了專利《一種鈦及其合金熔化極惰性氣體保護焊接技術》(公開號：cn101462194a)，但該發明申請主要是用於鈦及其合金的連接，沒有涉及到焊縫搭接。張學軍等人申請了「採用氬弧焊修復飛機鈦合金滑軌凹坑的工藝方法」專利(申請號：201410192852.5)，提出通過鎢極氬弧焊與噴丸強化相結合來實現對滑軌凹坑的修復，也沒有涉及到焊縫搭接量的計算。白永紅申報了發明專利「一種鈦合金魚唇型薄壁蒙皮零件的雷射焊接方法和裝置」(申請號：201410193405.1)提出了對相鄰焊縫採用間隔焊接的順序依次焊接的方法，但對焊縫的搭接量未進行更詳細的說明。鄭欣申報了發明專利「一種鈦合金轉子組件的真空電子束焊接方法(申請號：201410276152.4)，在該發明中提出了5道焊縫的焊接順序為：先進行ⅰ→ⅱ→ⅲ→ⅳ→ⅴ的順序，再進行ⅱ→ⅳ→ⅰ→ⅲ→ⅴ的順序進行，但也未對焊縫間的搭接量確定進一步說明。
綜上所述，上述現有技術存在的主要缺點是：(1)只是針對雷射修復、微束等離子弧焊、鎢極氬弧焊等特定焊接技術的某一個或某幾個工藝參數下的搭接量進行了研究，普適性不強；(2)針對鈦及其合金mig焊接修復下的搭接研究尚屬於空白，實際生產的工藝指導作用不強；(3)連續性差，一旦任何一個工藝參數發生變化，就需重新進行焊接、測量與計算，缺乏連續性；(4)計算繁瑣，首先需要進行單道焊縫堆積，而後再進行測量計算，才可獲得搭接量。
技術實現要素：
本發明針對板類鈦合金件磨損修復問題而提供了一種用於板類鈦合金磨損件弧焊再製造的焊槍偏移量確定方法，其目的是能夠針對板類鈦合金件的表面磨損，以單位長度、單位時間上的堆積量為參量，快速確定不同堆積率時順序堆積、填充堆積下的焊縫搭接量(焊槍偏置量)，解決了焊槍偏置量確定時的耗時長、計算繁瑣、適用範圍窄、工藝參數難調控等問題，提高了板類鈦合金件mig弧焊增材再製造的幾何尺寸精度和組織均勻性，縮短了再製造周期，節約了修復材料。
為解決上述問題，本發明採用的技術方案如下：
一種用於板類鈦合金磨損件弧焊再製造的焊槍偏移量確定方法，包括：
堆積率在4mm2≤p堆積≤30mm2時，採用順序堆積方法時，焊接後一道焊縫時的焊槍偏移量為(0.95～1.05)(2.1+0.007p堆積2)mm，所述焊槍偏移量為相應對於前一道焊縫的焊槍偏移量；
堆積率在4mm2≤p堆積≤30mm2時，採用填充堆積方法時，焊接後一道時的焊槍偏移量為(1.90～2.10)(2.1+0.007p堆積2)mm，所述焊槍偏移量為相應對於前一道焊縫的焊槍偏移量。
通過採取以上的技術方案，本發明具有的有益效果是：
本發明正是針對鈦合金件表面的磨損失效問題而提供了一種用於板類鈦合金磨損件弧焊再製造的焊槍偏移量確定方法，本發明的益處在於：(1)適用性強，獲得了某一工藝範圍內的搭接量計算方法，克服了特定某一或某幾個焊接工藝下焊縫搭接所存在的局限性，增強了焊接修復的連續調控性；(2)簡單、快捷，在一定的焊接工藝範圍內，只需根據單位時間、單位長度上的焊接修復堆積量和順序堆積、填充堆積方式，即可快速計算出焊槍偏置量l偏，無需事先進行焊縫實驗和測量；(3)調控性強，通過堆積率(單位時間、單位長度上的焊接修復堆積量)這一參數進行整體調控，提高了一體化調控能力；(4)基於本發明確定的焊槍偏置量進行焊接修復時，可節約再製造時間和修復材料，減少熱輸入量，提高磨損區域的再製造尺寸精度和機械性能。
附圖說明
圖1為板類鈦合金件的磨損修復採用焊縫順序堆積的示意圖；
圖2為板類鈦合金件的磨損修復採用焊縫填充堆積的示意圖。
具體實施方式
為解決上述問題，本發明採用的技術方案如下：
弧焊增材再製造的工藝參數為：焊絲材料為鈦合金，焊絲直徑0.8mm～1.2mm，送絲速度6.5m/min～12.0m/min，焊接速度7mm/s～15mm/s，採用脈衝方式下的一體化調節模式，焊接操作採用焊接工業機器人。在上述增材再製造工藝參數範圍內，以堆積率為搭接量(焊槍偏置量l偏)的確定依據。
堆積率計算如下：
p堆積＝v堆積/v焊＝πr2v送絲/v焊
其中：
p堆積――單位時間、單位長度上的焊接修復堆積量(mm2)；
v堆積――單位時間內的焊接修復堆積量(mm3/s)；
r――焊絲半徑(mm)；
v送絲――送絲速度(mm/s)；
v焊――焊接速度(mm/s)。
板類鈦合金件的磨損修復採用焊縫順序堆積和填充堆積兩種，如圖1和圖2所示，圖1為板類鈦合金件的磨損修復採用焊縫順序堆積的示意圖，圖2為板類鈦合金件的磨損修復採用焊縫填充堆積的示意圖，其中圖中圖標1為焊槍。
本發明的一種用於修復板類鈦合金件磨損的弧焊增材再製造方法，其特徵在於所述的弧焊增材再製造方法包括：
堆積率在4mm2≤p堆積≤30mm2範圍內，採用順序堆積方法時的焊槍1偏移量l偏(後一道焊縫相對前1道焊縫)取值計算為：(0.95～1.05)(2.1+0.007p堆積2)mm；
堆積率在4mm2≤p堆積≤30mm2範圍內，採用填充堆積方法時的焊槍1偏移量l偏(後一道焊縫相對前1道焊縫)取值計算為：(1.9～2.10)(2.1+0.007p堆積2)mm。
通過採取以上的技術方案，本發明具有的有益效果是：
本發明正是針對鈦合金件表面的磨損失效問題而提供了一種用於板類鈦合金磨損件弧焊再製造的焊槍偏移量確定方法，本發明的益處在於：(1)適用性強，獲得了某一工藝範圍內的搭接量計算方法，克服了特定某一或某幾個焊接工藝下焊縫搭接所存在的局限性，增強了焊接修復的連續調控性；(2)簡單、快捷，在一定的焊接工藝範圍內，只需根據單位時間、單位長度上的焊接修復堆積量和順序堆積、填充堆積方式，即可快速計算出焊槍偏置量l偏，無需事先進行焊縫實驗和測量；(3)調控性強，通過堆積率(單位時間、單位長度上的焊接修復堆積量)這一參數進行整體調控，提高了一體化調控能力；(4)基於本發明確定的焊槍偏置量進行焊接修復時，可節約再製造時間和修復材料，減少熱輸入量，提高磨損區域的再製造尺寸精度和機械性能。
實施例1
使用發明的用於板類鈦合金磨損件弧焊再製造的焊槍偏移量確定方法，進行板類鈦合金件磨損(磨損區域面積：20mm×30mm、深度最大值1.3mm)的修復，焊絲直徑為0.8mm，採用順序堆積方式進行再製造成形修復，p堆積選用4mm2，此時選用工藝參數為送絲速度6.5m/min，焊接速度13.6mm/s，第2道的焊槍偏移量(相對第1道焊縫)l偏取值計算方法為：(0.95～1.05)(2.1+0.007p堆積2)mm，取值範圍為2.1mm～2.32mm，選擇2.1mm，依次對磨損區域進行焊接修復。
與傳統焊接修復相比，通過堆積率直接就可確定焊槍偏置量，無需前期試驗，熱輸入量低，焊接修復成形性好，表面平整，魚鱗紋較少，組織緻密、無空洞、缺陷少，所需後加工時間短，其中順序堆積修復的表面平整性更好。
實施例2
使用發明的用於板類鈦合金磨損件弧焊再製造的焊槍偏移量確定方法，進行板類鈦合金件磨損(磨損區域面積：30mm×40mm、深度最大值1.1mm)的修復，焊絲直徑1.2mm，採用順序堆積方式進行再製造成形修復，p堆積選用30mm2，此時選用工藝參數為送絲速度10.0m/min，焊接速度6.28mm/s，第2道的焊槍偏移量(相對第1道焊縫)l偏取值計算方法為：(0.95～1.05)(2.1+0.007p堆積2)mm，取值範圍為7.98mm～8.82mm，選擇8.82mm，依次對磨損區域進行焊接修復。
與傳統焊接修復相比，確定焊槍偏置量方法快速、簡單、便捷，熱輸入量低，無流淌現象，熱影響小，磨損表面修復後平整性好，在節約焊絲的同時，後加工時間減小。
實施例3
使用發明的用於板類鈦合金磨損件弧焊再製造的焊槍偏移量確定方法，進行板類鈦合金件磨損(磨損區域面積：50mm×60mm、深度最大值1.2mm)的修復，焊絲直徑1.0mm，採用順序堆積方式進行再製造成形修復，p堆積選用16mm2，此時選用工藝參數為送絲速度10.0m/min，焊接速度8.18mm/s，第2道的焊槍偏移量(相對第1道焊縫)l偏取值計算方法為：(0.95～1.05)(2.1+0.007p堆積2)mm，取值範圍為3.70mm～4.09mm，選擇3.85mm，依次對磨損區域進行焊接修復。
與傳統焊接修復相比，無需試焊，也無需測量焊縫餘高和熔寬，在確定的焊接參數範圍內，根據堆積率即可快速確定焊槍偏置量，簡單、方便，可有效指導初級操作人員進行焊接修復作業，熱輸入量低，熱影響小，修復表面平整度好，修復層組織均勻性好，服役性能穩定，避免了過熱造成的力學性能斷崖式突變。
實施例4
使用發明的用於板類鈦合金磨損件弧焊再製造的焊槍偏移量確定方法，進行板類鈦合金件磨損(磨損區域面積：50mm×50mm、深度最大值0.9mm)的修復，焊絲直徑0.8mm，採用填充堆積方式進行再製造成形修復，p堆積選用4mm2，此時選用工藝參數為送絲速度7.0m/min，焊接速度14.65mm/s，第2道的焊槍偏移量(相對第1道焊縫)l偏取值計算為：(1.9～2.10)(2.1+0.007p堆積2)mm，取值範圍為15.96mm～17.64mm，選擇17.64mm，依次對磨損區域進行焊接修復。
根據選定的焊接工藝參數得到的堆積率，就可直接確定出焊槍偏置量，簡單、快捷、方便、可行，簡化了前期工作量，熱輸入較小，堆積區－熱影響區－基體間的顯微硬度變化小，機械性能改善。
實施例5
使用發明的用於板類鈦合金磨損件弧焊再製造的焊槍偏移量確定方法，進行板類鈦合金件磨損(磨損區域面積：60mm×60mm、深度最大值0.8mm)的修復，焊絲直徑為1.2mm，採用填充堆積方式進行再製造成形修復，p堆積選用30mm2，此時選用工藝參數為送絲速度12m/min，焊接速度7.54mm/s，第2道的焊槍偏移量(相對第1道焊縫)l偏取值計算為：(1.9～2.10)(2.1+0.007p堆積2)mm，取值範圍為15.96mm～17.64mm，選擇17.64mm，依次對磨損區域進行焊接修復。
對於磨損面積較大、深度交小的板類鈦合金件而言，採用了大堆積率修復，修復效率高，無需前期經驗和試驗即可確定焊槍偏置量，潤溼性改善，修復表面具有良好的平整性，後續加工量較小。
實施例6
使用發明的用於板類鈦合金磨損件弧焊再製造的焊槍偏移量確定方法，進行板類鈦合金件磨損(磨損區域面積：40mm×100mm、深度最大值1.2mm)的修復，焊絲直徑1.2mm，採用填充堆積方式進行再製造成形修復，p堆積選用18mm2，此時送絲速度選擇8m/min，焊接速度8.37mm/s，第2道的焊槍偏移量(相對第1道焊縫)l偏取值計算為：(1.9～2.10)(2.1+0.007p堆積2)mm，取值範圍為8.30mm～9.12mm，選擇8.65mm，依次對磨損區域進行焊接修復。
無需提前進行試驗焊接，直接就可確定焊槍偏移量，縮短了修復時間，降低了修復難度，簡化了修復過程，並提高了修復表面的平整度，後續銑削加工時間縮短，修復層質量得到改善。
以上只通過說明的方式描述了本發明的某些示範性實施例，毋庸置疑，對於本領域的普通技術人員，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，可以用各種不同的方式對所描述的實施例進行修正。因此，上述附圖和描述在本質上是說明性的，不應理解為對本發明權利要求保護範圍的限制。