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常用的焊接修複工藝 激光修複公司來告訴你

2018-09-24

1.1.1 焊條電弧焊


電弧焊是利用焊條和工件間產生電弧熱,將工件和焊條加熱熔化而進行焊接的,其優點是操作靈活,待焊接頭裝配要求低、可焊金屬廣且熔敷速度較低。


2010年,石金磊等人[1]將焊條電弧焊應用於管道修複中,係統研究了焊條電弧焊的工藝要點,焊條直徑、種類、牌號、焊接電流、電源種類和極性、電弧電壓、焊接速度和焊接層次等。2012年,白霞光等人[2]對焊條電弧焊在管道修複中的操作過程進行研究,將焊接操作分為引弧、熔池保持、電弧行走及收弧四個步驟,並分別確定了各個步驟的常用方法以及焊接運動方式。同年,張鑫等人[3]分析了焊條電弧焊在管線修繕工作中的危險性,認為電弧過大侵蝕管材,使管材變薄而不能承受內在介質的壓力而破裂,並且通過對河南安陽燃氣天然管道和山東東明石化煉油廠管線進行維護,得出焊條電弧焊在管線修複中有較好工程效果的結論。2013年,馬國等人[4]通過對2種不同的汽車覆蓋件鑄造模具鋼材料的焊接修複工藝進行對比,研究更能夠適用焊接接頭的母材的熱處理方案。不同的熱處理工藝表明,鑄造模具鋼材料在鑄態焊接時:焊接接頭按照母材退火工藝860 ℃保溫2 h,隨後760 ℃保溫4 h,然後爐冷,進行退火後,不論哪種電流焊接均在原淬火區中出現了再熱裂紋,母材的退火工藝並不適用於焊接接頭。


大量文獻表明焊條電弧焊主要應用於管道線路的修複中,其設備簡單易於操作,滿足管線在地下或水下工作環境的需要。但焊條電弧焊生產效率低勞動強度大,工作環境惡劣,後期開發了在管道施工中使用的自動焊機。


1.1.2 埋弧焊


埋弧焊相對於焊條電弧焊機械化程度及生產效率高,其工作原理是焊接電弧在焊絲與工件之間燃燒,電弧熱將焊絲端部及電弧附近的母材和焊劑熔化。熔渣則凝固成渣殼,覆蓋於焊縫表麵。


2006年,張羽等人采用變頻調速自動埋弧焊技術針對冷凝管車間1 200 t臥式擠壓機主柱塞、穿孔塞進行修複。2010年, Rupesh Kaushik[5]通過保持焊接電流、電壓、焊接速度以及其他參量恒定單一研究了助焊劑對高強度低合金焊縫拉伸強度、衝擊強度、硬度、顯微結構等影響,通過分析試驗數據、仿真模擬及對顯微結構的分析,確定了焊接接頭各項性能較好的助焊劑。王清寶[6]針對埋弧堆焊藥芯焊絲,通過優化 Cr5 係合金成分,改變藥芯焊絲的合金元素加入形式,研究了熔敷金屬高溫拉伸性能、熱疲勞性能和磨損性能的差異,同時研究了熔滴及熔池階段的凝固組織,焊態及熱處理態顯微組織的演變規律,對堆焊熔敷金屬力學性能的影響因素和規律進行了分析,改善軋輥表麵材料失效的問題。另外,王元良等人[7]對汽車磨損零件裂紋進行多電源雙(多)絲埋弧焊、單電源串並列雙絲埋弧焊焊接修複,係統梳理了不同焊接方式在節約電能、減少裂紋傾向、提高生產率、改善接頭性能、提高焊縫質量方麵的特點,滿足焊接缺陷變形和殘餘應力控製的要求。


因此,埋弧焊在修複金屬結構方麵主要用於材料表麵改性,廣泛應用於對機械、航空航天、汽車領域的凸輪、曲軸、活塞、汽缸、離合器等表麵易磨損零部件的修複或修補。針對高溫環境下工作的飛機發動機渦輪、皮帶輪、油壓機柱塞等,也有很好的修複性。


1.1.3 氣體保護焊


氣體保護焊利用氣體作為電弧介質,並且可以保護電弧和焊接區。由於CO2氣體保護焊修複對焊件表麵油汙不敏感,且氣體價格低廉,以CO2氣體保護焊修複受損零件為主。


激光修複公司稱早於1993年,太原重型機械集團有限公司黃家鴻[8]就運用CO2氣體保護焊對大型錘頭進行修複。2003年,該公司王成文[9]采用CO2氣體保護焊對大型水壓機立柱進行焊接修複,嚴格控製焊前預熱溫度以及焊後時效處理,質量檢查合格。同時,也對大型軋機鑄軋輥進行富氬混合氣體保護焊,經著色探傷檢測,未發現裂紋、夾渣、剝離等缺陷,修複成功。2015年,高黨尋等人[10]對清華大學1922級噴水塔進行修補,針對塔身裂縫處灰鑄鐵材料的特點,采取CO2 氣體保護半自動焊配合高塑性材料進行修複。聶剛等人通過葉片裂紋補焊工藝試驗,確定采用鎳基焊接材料的TIG焊接工藝,成功地補焊修複了大量葉片裂紋。MIG與TIG工藝類似,MIG焊將焊炬內的鎢電極用金屬絲代替,趙卓[11]研究了新型鑄造熱作模具鋼 MIG焊接接頭組織結構特點、焊接工藝參數對接頭組織及硬度的影響、接頭的力學性能及裂紋敏感性。通過試驗以及對焊接接頭組織分析和硬度測試,評價焊接性能,設計並優化出合理的焊接工藝參數以達到對失效熱作模具實用、快速、高效的修複。


氣體保護焊主要用於對高碳鋼材料及鑄鐵結構的焊接修複。鑄鐵焊接性能差,氣體保護焊由於電弧在保護氣流的壓縮下熱量集中,焊接速度較快,熔池較小,熱影響區窄,焊件焊後變形小,因此避免了高碳鋼及鑄鐵由於塑性不足而產生裂紋。另外,惰性氣體保護焊(TIG,MIG)也可以焊接化學活潑性強和易形成高熔點氧化膜的鎂、鋁、鈦及其合金。其缺點是成本高、焊前清理要求嚴格且對環境風力要求苛刻。如何揚長避短還有待進一步的研究。


1.1.4 激光焊


激光焊接生產線大規模出現在汽車行業。根據汽車工業批量大、自動化程度高的特點,激光焊接設備向大功率、多路式方向發展。在激光焊接修複金屬結構方麵,海軍航空工程學院薑偉等人[12]為研究修複K418渦輪導向器的工藝,以CO2連續激光器為熱源,在渦輪導向器試驗葉片表麵熔覆自配粉末,獲得了微觀形貌和顯微硬度均優於基體組織的熔覆層。隨後改用YAG脈衝激光器作為熱源,進行熔覆效果對比,同時嚐試調整粉末成分,加入铌等稀土元素,進一步優化材料參數和工藝參數,焊接性能較好。隨後,空軍第一航空學院代永超[13]對飛機的TC4鈦合金結構激光焊接修複工藝進行研究,取3個式樣進行激光焊接參數設計及激光焊接試驗,並對接頭進行力學性能測試,以接頭強度值為評估指標對工藝參數進行優化,最後分析焊接接頭的微觀組織。近些年,激光焊在醫療器械方麵應用廣泛。清華大學的李曉莉等人[14],研究了高溫合金K403基體上采用鎳基自熔合金和自配無硼、矽元素鎳基合金的激光同步送粉熔覆過程,分析了基體組織狀態、熔覆層材料和熔覆工藝參數對熔覆層裂紋傾向的影響,探討了激光熔覆技術強化和修複高溫合金葉片的可行性。研究發現,激光熔覆時大多數裂紋是從基體形成後深人到熔覆層中,而基體組織中縮鬆等鑄造缺陷及晶界低熔點共晶的存在是熔覆層開裂的重要原因。采用無硼、矽元素合金熔覆改善了結合區性能,與自熔合金相比,有助於改善熔覆層裂紋傾向。此外,吉林大學一些學者[15]研究了激光堆焊修複模具開裂後的仿生耦合強化問題,根據仿生耦合原理,利用激光技術在疲勞試樣表麵設計並製備出具有修複和止裂功能的單元體,使單元體按生物體表強化單元分布規律組合,並與母體材料構成仿生耦合表麵,並考察了強化後試樣的抗拉強度和熱疲勞性能,並將此技術應用於對熱作模具的修複上。


激光焊對於鈦及鈦合金的薄板及精密零件的焊接具有更廣泛的前景,隻要工藝參數匹配合理,TC4鈦合金焊縫內部質量可達到GB3233—87K級焊縫要求。


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