基于感应加热局部热处理的大型工件修复组织优化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属零件修复技术领域，特别是涉及一种基于感应加热局部热处理的大型工件修复组织优化方法。
【背景技术】
[0002]钛合金、高温合金等贵重金属大型薄壁结构，因材料去除率大、机械加工量巨大，加工周期长，经常不可避免会出现加工超差的情况；或在服役过程中常出现裂纹、腐蚀、磨损等损伤失效情况。由于成本和生产周期的要求，常结合不同构件实际情况，采用激光沉积修复、电子束焊接、微束等离子焊接等工艺来实现损伤件的快速修复，这种修复本身具有快速熔凝特征，得到的通常是亚稳态的组织，同时快速冷却也抑制了强化相的充分析出，导致修复部位的力学性能弱化；且不可避免会导致工件产生残余应力集中，直接影响修复件的力学性能。
[0003]热处理是实现修复零部件组织结构调整优化，进而提高修复件力学性能的主要工艺手段。但对于发动机机匣等大型薄壁零部件而言，采用整体真空热处理需要装夹保证的位置和尺寸精度复杂众多，专用热处理校形夹具难于设计制造，且工件整体热处理时的应力释放易引起新的变形超差。
【发明内容】
[0004]鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可实现对大型修复工件任意形状修复部位的局部热处理，满足不同材料修复组织调整的热处理制度调控需要，既防止修复工件局部热处理时的高温氧化又防止修复工件受热变形超差的基于感应加热局部热处理的大型工件修复组织优化方法。
[0005]本发明所采用的技术解决方案是一种基于感应加热局部热处理的大型工件修复组织优化方法，具体步骤如下:
步骤1:利用热电偶及温控仪、电炉、红外热像仪对材料的红外发射率进行标定；步骤1.1:设定温控仪上限报警温度:
步骤1.2:将标定材料放置电炉上进行加热，加热至温度稳定后保温10分钟以上；步骤1.3:调整红外热像仪的发射率设置参数，直到红外热像仪测温值与温控仪测温值相差不超过温控仪测温值的2% ;
步骤1.4:重新调整温控仪的上限报警值，继续加热，待温控仪测温值稳定后，对比温控仪测温值与红外热像仪测温值相差是否在温控仪测温值的2%之内，如小于2%，则标定成功；如若大于2%，重复步骤1.1，重新标定。
[0006]步骤2:采用专用夹具夹持工件:针对修复部位尺寸形状及依据修复部位型面结构设计，对修复部位进行有效夹持；防止修复工件变形。
[0007]步骤3:惰性气体保护箱内气氛净化:将装夹后的修复工件置于惰性气体保护箱内，形成整体氩气保护状态下进行局部热处理，使箱内水氧含量经净化后低于50PPM ;为修复工件局部热处理提供一个低水氧且氩气保护的加工环境。
[0008]步骤4:采用感应加热装置对修复体加热；
步骤4.1:据修复部位形状尺寸设计制造对应的感应加热器，将感应加热器调整定位在修复部位，保证合适的加热位置和面积；
步骤4.2:采用频率为20-80kHz的高频感应加热源，通过感应加热器对工件修复部位进行加热，产生局部高温温度场；通过调节加热源的振荡电流，控制输出功率，调控加热温度。加热部位温度采用红外热像仪进行实时检测，采样温度为20(TC?150(TC，采样频率可调 OHZ ?50HZ。
[0009]步骤5:感应加热局部热处理的修复组织调整优化；
步骤5.1:根据零件基体材料的热处理特性，并结合修复体材料中各相的形貌、分布和体积分数，以及各相析出、开始固溶和完全固溶温度，对修复区域采用不同的温升时间、局部热处理保温温度、保温时间、冷却时间等局部热处理制度，完成局部热处理，实现修复组织调整优化；
步骤5.2:根据修复样件的应力检测和金相组织分析，并结合修复样件的力学性能测试分析，优化感应加热局部热处理制度。
[0010]所述的步骤2中的专用夹具采用热强钢材料制造。
[0011]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为:
1.感应加热器规格尺寸可根据修复区形状尺寸来设计制造，制造简单，经济实用，可实现对任意形状和尺寸修复区的局部热处理。
[0012]2.对修复部位采用耐高温专用夹具夹持，安装简便，并起到均匀传热的作用，防止修复工件局部受热变形。
[0013]3.通过调节高频感应加热源(频率20-80kHz)的振荡电流调控加热温度，并采用红外热像仪检测修复部位加热温度，实现局部热处理温度的精确检测和控制，可满足不同材料修复组织调整的热处理制度调控需要。
[0014]4.采用惰性气体保护箱对工件形成整体氩气保护状态下进行局部热处理，箱内水氧含量经净化后可低于50PPM，防止钛合金、高温合金等材料局部热处理时的高温氧化。
[0015]5.采用感应加热装置可对修复工件进行局部热处理，热影响区小，变形小，便于实现对大型修复工件的局部热处理。
【附图说明】
[0016]图1是感应加热局部热处理装置示意图。
[0017]其中1:红外热像仪；2:保护气箱体；3:感应加热电源副机；4:感应加热器；5:修复零件；6:专用夹具；7:热像仪测控计算机；8:感应加热电源主机。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，一种感应加热局部热处理装置，包括红外热像仪1、保护气箱体2、感应加热电源副机3、感应加热器4、修复零件5、专用夹具6、热像仪测控计算机7和感应加热电源主机8，本发明所述红外热像仪1、保护气箱体2、感应加热电源副机3、感应加热器4、热像仪测控计算机7和感应加热电源主机8可商业购得，或根据现有技术公开的方法制得，本领域熟练技术人员可根据现有技术进行选择和设置。所述的红外热像仪I设置在保护气箱体2，所述的红外热像仪I的输入输出与热像仪测控计算机7的输入输出相连接，所述的感应加热电源副机3设置在保护气箱体2底部位置，所述的感应加热电源副机3的输入端与感应加热电源主机8输出端相连接，所述的感应加热电源副机3与感应加热器4相连接，根据零件修复区的形状特征设计制造相对应的感应加热器4和专用夹具6，感应加热器4感应加热电源副机3连接，修复零件5采用专用夹具6装夹后，置放于惰性气体保护箱2内。
[0019]红外热像仪1、感应加热电源副机3和感应加热电源主机8、感应加热器4及热像仪测控计算机7组成感应加热局部热处理系统。通过调节感应加热电源主机8的电流大小，实现对修复零件5修复区的局部加热及加热温度的调控；通过红外热像仪I对修复零件5的表面温度进行检测，并将温度图像和数据保存在测控计算机7中。
[0020]根据制定的感应加热局部热处理制度，采用高温红外热像仪I检测修复部位温度，并通过感应加热电源主机8调节振荡电流，控制升温速度、保温温度、保温时间及冷却时间等。
[0021]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
【主权项】
1.一种基于感应加热局部热处理的大型工件修复组织优化方法，其特征是:具体步骤如下: 步骤1:利用热电偶及温控仪、电炉、红外热像仪对材料的红外发射率进行标定； 步骤2:采用专用夹具夹持工件:针对修复部位尺寸形状及依据修复部位型面结构设计，对修复部位进行有效夹持； 步骤3:惰性气体保护箱内气氛净化:将装夹后的修复工件置于惰性气体保护箱内，形成整体氩气保护状态下进行局部热处理，使箱内水氧含量经净化后低于50PPM ; 步骤4:采用感应加热装置对修复体加热； 步骤5:感应加热局部热处理的修复组织调整优化； 步骤5.1:根据零件基体材料的热处理特性，并结合修复体材料中各相的形貌、分布和体积分数，以及各相析出、开始固溶和完全固溶温度，对修复区域采用不同的温升时间、局部热处理保温温度、保温时间、冷却时间等局部热处理制度，完成局部热处理，实现修复组织调整优化； 步骤5.2:根据修复样件的应力检测和金相组织分析，并结合修复样件的力学性能测试分析，优化感应加热局部热处理制度。
2.根据权利要求1所述的基于感应加热局部热处理的大型工件修复组织优化方法，其特征是:步骤I具体分为如下步骤: 步骤1.1:设定温控仪上限报警温度: 步骤1.2:将标定材料放置电炉上进行加热，加热至温度稳定后保温10分钟以上； 步骤1.3:调整红外热像仪的发射率设置参数，直到红外热像仪测温值与温控仪测温值相差不超过温控仪测温值的2% ; 步骤1.4:重新调整温控仪的上限报警值，继续加热，待温控仪测温值稳定后，对比温控仪测温值与红外热像仪测温值相差是否在温控仪测温值的2%之内，如小于2%，则标定成功；如若大于2%，重复步骤1.1，重新标定。
3.根据权利要求1所述的基于感应加热局部热处理的大型工件修复组织优化方法，其特征是:所述的步骤2中的专用夹具采用热强钢材料制造。
4.根据权利要求1所述的基于感应加热局部热处理的大型工件修复组织优化方法，其特征是:所述步骤4具体分为如下步骤: 步骤4.1:据修复部位形状尺寸设计制造对应的感应加热器，将感应加热器调整定位在修复部位，保证合适的加热位置和面积； 步骤4.2:采用频率为20-80kHz的高频感应加热源，通过感应加热器对工件修复部位进行加热，产生局部高温温度场；通过调节加热源的振荡电流，控制输出功率，调控加热温度，加热部位温度采用红外热像仪进行实时检测，采样温度为20(TC?150(TC，采样频率可调 OHZ ?50HZ。
【专利摘要】本发明的目的是提供一种可实现对大型修复工件任意形状修复部位的局部热处理，满足不同材料修复组织调整的热处理制度调控需要，既防止修复工件局部热处理时的高温氧化又防止修复工件受热变形超差的基于感应加热局部热处理的大型工件修复组织优化方法。采用包括步骤1：零件和夹具材料的红外发射率标定；步骤2：采用专用夹具夹持工件；步骤3：惰性气体保护箱内气氛净化：步骤4：采用感应加热装置对修复体加热；步骤5：感应加热局部热处理的修复组织调整优化。
【IPC分类】C22F1-18
【公开号】CN104878330
【申请号】CN201510239172
【发明人】卞宏友, 赵翔鹏, 杨光, 王维, 钦兰云, 王伟, 任宇航
【申请人】沈阳航空航天大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月12日