冷却补焊方法与流程

本发明涉及金属焊接领域，特别涉及一种冷却补焊方法。

背景技术：

钛合金铸件由于经常用于航空航天以及其他宇航类产品上，经常存在表面不得有裂纹，内部不得存在高密、低密夹杂、裂纹、气孔等要求。因此钛合金的清理缺陷工序，大部分集中在针对表面非穿透性的凹坑进行补焊。补焊时，不但需将凹坑重新填平，保证外观合格，同时对焊接质量特别是焊接变形量也有非常严格的要求。部分缺陷较多的钛合金铸件，在进行补焊时，由于焊接内应力的存在，非常容易产生变形，造成尺寸的超差进而报废。因此，钛合金的补焊接工艺中，如何将铸件的变形量控制精细，使其尽可能微小，进而符合航空航天领域产品的要求，是技术的重中之重。

申请号为03119343.9的专利文件提供了一种薄壁零件在激光熔覆、热喷涂及焊接加工中的局部高效冷却方法，该方法的主要技术方案为，采用冷却金属与薄壁零件待加工面的背面机械接触，从而实现零件的局部高效冷却。该技术在一定程度上能够避免在加工时薄壁零件因过度受热而产生局部的过烧、烧穿和变形情况，但冷却金属由于是局部贴附，只能对零件的局部进行快速冷却，因此能控制变形的面积受冷却金属的面积所限，并不能大面积地防止薄壁零件变形，因此，此方案最后得到的薄壁零件整体尺寸变量仍相对较大。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决以上问题，本发明提供一种冷却补焊方法，能够有效地减少补焊时铸件的受热区域和变形区域，从而精细地控制钛合金铸件变形量，保证铸件焊后的尺寸稳定，从而符合相关领域的精密要求。

一种冷却补焊方法，包括：采用20～150a的电流，直径为0.8～3.0mm的焊丝，直径为1.0～3.0mm的钨极对铸件的缺陷面补焊，并同时使用冷却液对铸件的缺陷面背面进行冷却。

优选，冷却补焊方法包括：补焊时，抽取冷却液，对铸件的缺陷面背面的缺陷对应处进行持续的喷淋形成冷却。

优选，冷却补焊方法包括：补焊时，将铸件的缺陷面背面直接与冷却液的液面接触，进行冷却。

优选，使用水泵抽取冷却液，水泵的出水管的流量为1800l/h。

优选，当铸件为管型件，缺陷面为表面时，冷却补焊方法包括以下步骤：

s1：将管型件底部封闭，在管型件内部形成空腔；

s2：在空腔内注入冷却液，保证冷却液不外流；

s3：对管型件表面进行补焊处理。

优选，冷却补焊方法包括以下步骤：

(1)在盛有冷却液的水槽中放入水泵，使水泵的出水管朝向铸件的缺陷面背面的缺陷对应处；

(2)打开水泵，喷淋铸件；

(3)采用80～120a的电流和直径为3.0mm的钨极进行补焊。

优选，步骤s2包括：在冷却液中放入一个或多个水泵，使空腔内的冷却液产生对流循环。

步骤s3包括：采用60～80a电流、直径为2.0mm的钨极进行补焊。

优选，补焊时，氩气流量为15ml/s。

优选，铸件为钛合金铸件。

优选，冷却液为水。

本发明的有益效果在于：

1.本发明在补焊时同步进行了冷却，导致热影响区小，并且合金元素在母材中与补焊区及热影响区中的分布基本平衡，没有造成明显偏析。

2.本发明方法补焊后的铸件，核心合金元素的定量金相，在母材、热影响区和补焊区的含量差异小于3％。

3.本发明方法补焊后的铸件，热影响区和补焊区的组织晶粒度细小，没有发现明显晶粒长大倾向。

4.本发明的冷却补焊方法能够有效的控制焊接变形，保证铸件补焊后尺寸稳定。

5.本发明的冷却补焊方法，在钛合金铸件的缺陷量较大的情况下，能够大幅降低焊接内应力作用，将补焊后的形变量控制0.1％以内，满足精密领域的铸件要求。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的冷却补焊方法的实施例1的冷却设备示意图；

图2示出了根据本发明实施方式的冷却补焊方法的实施例3的冷却设备示意图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然说明书中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明提供一种能够有效控制补焊变形的液冷补焊方法，具体原理为，采用向缺陷部位的反面通冷却液的方式实现快速冷却，减少铸件的受热区域和变形区域，并搭配以合适的补焊工艺参数，从而控制铸件的变形量。

下面将通过具体的实施例对本发明的冷却补焊方法做进一步说明，需要说明的是，本发明中的冷却液为泛指，包括水和其他焊接工程中常用的冷却液体。

实施例1

实施例1为对管型铸件的内表面缺陷(缺陷较少)进行补焊的冷却补焊工艺。如图1所示，该冷却补焊工艺使用的冷却设备包括封口用垫板4、水泵出水管5、工作台6和水泵7。具体工艺包括以下步骤：

(1)在水槽中放入一水泵7，将水泵7的进水管放入水槽中，出水管5用工装固定绑缚，指向管型铸件需要补焊的缺陷位置的反面。

(2)打开水泵7，向该部位持续喷水冷却。

(3)在背面进行缺陷的补焊，补焊时电流控制在20～150a，焊丝采用直径0.8mm，钨极采用直径1.0mm。

其中在步骤(1)之前还包括将管型铸件用封口用垫板4封口，然后放入水槽中，用工作台6将管型铸件垫起以及向水槽注入适量冷却水的步骤。

检测结果：铸件的管口焊前尺寸为544mm，焊后尺寸为543.5mm～544.5mm，整体变形量为0.09％左右，变形量在加工余量控制范围内。如果采用金属冷却板处理工艺，焊接工艺参数下调到60～80a，变形量在1.29％左右，变形量超差，导致铸件报废。

实施例2

实施例2为对锥形管铸件的内表面缺陷(缺陷较多)进行补焊的冷却补焊工艺，该冷却补焊工艺使用的冷却设备包括两个水泵、两个支架和水槽。具体工艺包括以下步骤：

(1)在水槽中放入两个水泵，将两个水泵的进水管放入水槽中，将两个水泵的出水管分别固定在两个可调整角度的支架上，使两根出水管朝向锥形管铸件缺陷面的背面，并且使两根出水管喷出的冷却水能够覆盖所有的外表面的所有缺陷对应处。

(2)打开两个水泵，冷却水通过水泵从水槽中泵送到出水管中，并形成一定的初速度连续喷射到锥形管铸件的外表面的缺陷对应处，水泵型号为hj～1841，流量为1800l/h。

(3)采用pana～tigtsp300型焊机对锥形管铸件的内表面缺陷进行补焊，焊丝采用直径3.0mm，采用钨极直径为3.0mm，补焊电流为80～120a，氩气流量为15ml/s。

结果检测：距离缺陷较近的锥形管铸件的大尺寸开口端的焊前尺寸为1300mm，焊后尺寸为1299mm～1301mm，整体变形量在0.08％左右，变形量在加工余量控制范围内。如果采用金属冷却板处理工艺，焊接工艺参数下调到60～100a，变形量仍会在0.3％左右，变形量较差，导致铸件报废。

实施例3

实施例3为对管型铸件的外表面缺陷进行补焊的冷却补焊工艺。如图2所示，该冷却补焊工艺使用的冷却设备包括封住管型件底部的封口垫板8，采用密封胶将封口垫板与管型铸件的底部粘合住。具体工艺包括以下步骤：

s1：采用密封胶将管型铸件底部封住，不渗漏即可。将内部空腔可能渗透的地方用密封胶贴上。

s2：向内部空腔中灌入三乙醇胺冷却液，灌至稍低于筒口，以不外漏三乙醇胺冷却液为宜。在内腔中放入两个水泵，以利于三乙醇胺冷却液的对流循环，提高冷却效果。

s3：对外部缺陷进行补焊处理。补焊时电流控制在60～80a，焊丝采用直径为2.4mm，钨极采用直径为2.0mm。

检测结果：管型铸件尺寸的高度为857mm，补焊完成后，高度下塌了0.6mm，高度变形量在0.07％左右，符合精密要求，而使用传统的补焊冷却工艺方法，管型件的高度变形量至少在0.6％，属报废管件。

实施例4

实施例4为对一端带有环形唇边的管型铸件的外表面缺陷进行补焊的冷却工艺。该管型铸件的部分区域的壁厚偏薄1mm，为了使其壁厚能够达到尺寸要求，需对其外表面进行补焊处理，将壁厚偏薄区域堆焊2mm肉厚。该冷却补焊工艺采用循环水冷却、小电流分区域补焊，具体步骤包括：

s1：将管型件的底部采用亚克力板和玻璃胶封住，唇边用玻璃胶堆起一道围墙。

s2：向管型件内腔注入冷却水，在冷却水中埋入水泵，使内腔中的水流动起来，以增加水冷却的效果。

s3：采用pana～tigtsp300型焊机进行补焊，钨极直径为2.0mm，焊丝直径为1.5mm，补焊电流为60～80a，氩气流量为15ml/s。水泵采用hj～1841型，流量为1800l/h。

结果检测：管型铸件的高度尺寸为1200mm，补焊完成后，位于铸件一端的环形唇边相对于底部基准面的高度只塌下了0.5～0.7mm，变形量为0.05％左右，而使用传统的补焊工艺方法，管型件的唇边相对于基准面的高度变形量为0.25％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。