CN101758361B - 应用激光和微弧火花复合技术修复u型金属薄壁管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用激光和微弧火花复合技术修复U型金属薄壁管的方法，包括如下步骤：(1)对U型金属薄壁管的受损部位的表面进行打磨，然后进行清洗，然后用激光对U型金属薄壁管进行加热预处理；(2)用一片金属薄片盖住受损部位，采用边焊接边加热的激光焊接追赶法将金属薄片焊接在U型金属薄壁管上；(3)选择与U型金属薄壁管的基体材料相近的电极材料及金属焊丝进行微弧火花沉积及填丝焊修补，将金属薄片与U型金属薄壁管之间的缝隙封闭。本发明采用激光预处理、激光焊接追赶法和微弧火花沉积的复合技术对金属薄壁管管壁进行修复。本方法兼具两种方法的优点，获得了很好的修复效果。

Description

应用激光和微弧火花复合技术修复U型金属薄壁管的方法
技术领域
本发明是涉及U型金属薄壁管的修复技术，具体是激光和微弧火花复合作用的一种应用。
背景技术
U型金属薄壁管的管壁较薄，一般为0.2～1.5mm，如果用传统的修复方法如热喷涂法，输入热量较大且容易使管壁产生变形或者因管壁过热而降低管壁的厚度和强度甚至出现管壁因热输入量过大而塌陷。电镀和CVD/PVD技术又因结合区为非冶金结合修复层容易脱落，承载力难以满足要求。激光熔敷修复又对管壁的弯曲程度要求较高、造价高且不容易操作。而以涂抹胶水进行修复的办法不能从根本上解决问题，胶水使用时间短结合不牢固。
现有的修改方法均难以对U型金属薄壁管进行修复，现有技术中并没有可借鉴的方法，大多以出现孔洞后直接淘汰为主，造成了生产资源的极大浪费。
发明内容
本发明的目的在于通过针对现有技术的不足，提供一种应用激光和微弧火花复合技术修复U型金属薄壁管的方法。
本发明的技术方案如下：
应用激光和微弧火花复合技术修复U型金属薄壁管的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)对U型金属薄壁管的受损部位的表面进行打磨，然后进行清洗，然后用激光对U型金属薄壁管进行加热预处理；
(2)用一片金属薄片盖住受损部位，采用边焊接边加热的激光焊接追赶法将金属薄片焊接在U型金属薄壁管上；
(3)选择与U型金属薄壁管的基体材料相近的电极材料及金属焊丝进行微弧火花沉积及填丝焊修补，将金属薄片与U型金属薄壁管之间的缝隙封闭。
进一步的，步骤(1)中，激光的参数为：频率为10～30Hz，脉宽为5～20ms，功率为50～150W。
进一步的，步骤(1)中，加热预处理的时间为3～8分钟；
进一步的，步骤(2)中，激光的参数为：频率为40～60Hz，脉宽为0.24～0.5ms，功率为200～300W。
进一步的，步骤(3)中，微弧火花沉积的参数为：电压45～110V，功率200～1500W，频率60～540Hz。
进一步的，步骤(3)之后还包括步骤(4)对修复后的表面进行打磨处理。
进一步的，步骤(1)中打磨采用砂纸。
进一步的，步骤(1)中清洗采用丙酮溶液。
本发明以激光技术预处理为辅，以微弧火花加工为主对U型金属薄壁管的修复工艺。先以激光为主要加工手段对U型金属薄壁管表面或周围进行预处理，应用激光焊接追赶法对金属薄片进行焊接，焊接过程中对金属薄片进行激光加热，在应用微弧火花沉积技术对U型金属薄壁管进行修复，在修复同时加入金属焊丝增加修复效率。火花放电时电极变成熔融态由于热传导金属焊丝也变成熔融态，让微弧火花沉积技术在修复中即起到沉积作用又起到融化金属焊丝焊接的作用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)创新采用激光预处理、激光焊接和微弧火花沉积的复合技术对金属薄壁管管壁进行修复。本方法兼具两种方法的优点，获得了很好的修复效果。
(2)修复后修复层与基体为冶金结合，承载力高，使用寿命长。
(3)修复周期时间短，操作简单、方便。修复成本小，应用广泛，可对不锈钢、钛合金、紫铜等金属薄壁管进行修复。
本发明采用激光预处理、激光焊接和微弧火花沉复合技术对激光器冷凝管管壁进行修复，利用激光技术高能量性和高脉冲性对所需修复的冷凝管管壁进行预处理及金属薄片的激光追赶焊接和金属薄片焊接过程中的加热，微弧火花沉积管壁及金属薄板。由于激光的加热预处理消除大量应力，减少弯管部分应力集中，提高管壁温度，减少管壁在微弧火花沉积过程中出现裂纹、气孔。通过控制微弧火花加工参数控制热输入进而在满足要求的情况下对管壁热影响最小，强度影响最小。此项修复技术能提高零件寿命、降低企业成本、缩短产品生产周期、减少自然资源和能源的消耗、减少金属零件回收时由于采用回炉和冶炼等方式对环境造成的污染。此方法对激光器冷凝管管壁面积在0.2～0.8cm2的孔洞进行修复，效果十分显著。
附图说明
图1为激光对U型金属薄壁管管壁的加热预处理。
图2为激光将金属薄板焊接到U型金属薄壁管上。
图3为用微弧火花沉积技术对U型金属薄壁管进行微弧火花沉积修复。
具体实施方式
本发明适用U型金属薄壁管的管壁厚度为0.2～1.5mm。在激光加工部分采用的是300W激光器，电流为90～600A，脉冲频率为1～60Hz，脉宽为0.2～20ms，功率为30～300W。微弧火花加工部分为电压为45～110V，频率为60～540Hz，功率为120～1500W。
实施例1
对激光器冷凝管进行修复。激光器冷凝管由于长时间在极冷极热的条件下工作，应力集中部分即U形薄壁管的弯头部分产生疲劳出现孔洞，冷凝管无法进行制冷。冷凝管的材质为镍基合金薄壁管，壁厚为0.5mm。
修复过程如下：图1所示，U型金属薄壁管的弯头部分出现孔洞3，先对U型金属薄壁管待修复区域3表面用砂纸进行打磨，然后采用丙酮溶液进行清洗，应用激光1对待修复区域2进行加热预处理5分钟，达到预热的目的，从而使受损部位塑性增强，强度增加，。激光的参数如下：频率为20Hz，脉宽为6ms，功率为150W。
图2所示，预处理后，调节激光的参数，频率为40Hz，脉宽为0.24ms，功率为250W。用一块金属薄片4覆盖在孔洞3上，采用激光焊接追赶法将金属薄片4焊接在U型金属薄壁管上。本实施例中，激光焊接追赶法的具体操作如下：先用激光1将金属薄片4的第一角焊接在U型金属薄壁管上，然后用激光1沿S路径扫描加热金属薄片4，扫描速度为1.5mm/s，扫描到相邻的一角时，将该角焊接在U型金属薄壁管上，然后扫描加热到相邻的另一角时，将该角焊接在U型金属薄壁管上，然后继续扫描加热，最终将第一角的对角焊接在U型金属薄壁管上，这样做的目的是为了消除金属薄片4的应力，使其塑性增强，定型后与薄壁管的结合更加紧密，焊接效果更好，从而使修复后的U型金属薄壁管上更能满足使用要求。一般的修复焊接点在四点以上，如果金属薄片的面积较大，也可以焊接多些点，焊接点也不必选择角点，可以根据焊接需要选择在边上的任意点。在金属薄片的选择上尽量选择可塑性好，熔点与待修复薄壁管相接近的金属，本实施例中选用的是304不锈钢薄片。
图3所示，在进行激光表面预处理及焊接后对U型金属薄壁管进行微弧火花沉积加工，选择与基体相对应的电极5以及金属焊丝6，本实施例中，电极5选用镍基合金电极；金属焊丝选用意大利Trader-SKD61，材料主要为不锈钢。金属焊丝应选择与电极材料、U型金属薄壁管材料相容性好的材料。进而对U型金属薄壁管孔洞3所覆盖的金属薄板4进行填丝焊和微弧火花沉积相复合的修复方法。微弧火花沉积的参数为电压88V，功率800W，频率300Hz，电极转速1500r/min，氩气保护。
修复后的激光器冷凝管最终达到工作要求：工作温度300℃，管内压强2兆帕，工作满3000小时仍无气体泄露。
实施例2
对工业纯钛TA2钛合金管进行修复：
修复过程中将加热预处理部分激光参数调节为：频率为10Hz，脉宽为8ms，功率为100W，氩气保护。焊接部分激光参数调节为：频率为50Hz，脉宽为0.5ms，功率为200W，氩气保护。微弧火花沉积部分参数调节为电压45V，频率200Hz，功率200W，电机转速1500r/min，氩气保护。按上述参数及与实施例1类似方法经行修复，修复后也满足实际工作要求。本实例中钛合金管的管壁厚为0.6mm(工业纯钛TA2管主要应用于空调、电冰箱等家用电器的冷凝管)。
实施例3
对黄铜薄壁管进行修复：
在对黄铜薄壁管进行修补过程中将预处理部分激光参数调节为：频率为30Hz，脉宽为5ms，功率为50W，氩气保护。焊接部分激光参数调节为频率为60Hz，脉宽为0.4ms，功率为300W，氩气保护。微弧火花沉积部分参数调节为电压66V，频率300Hz，功率1200W，电机转速1500r/min，氩气保护。按上述参数及与实施例l类似方法经行修复，修复后也满足实际工作要求。
本发明采用激光和微弧火花的复合技术，即应用了激光的高能量性和高脉冲性又应用了微弧火花对一些不方便加工位置加工的优势，修复层和母材为冶金结合永不脱落，能满足高温、高压、高强度要求，使大多数的薄壁管可以再利用，大大降低了生产成本。

Claims (8)

1.应用激光和微弧火花复合技术修复U型金属薄壁管的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)对U型金属薄壁管的受损部位的表面进行打磨，然后进行清洗，然后用激光对U型金属薄壁管进行加热预处理；
(2)用一片金属薄片盖住受损部位，采用边焊接边加热的激光焊接追赶法将金属薄片焊接在U型金属薄壁管上；
(3)选择与U型金属薄壁管的基体材料相近的电极材料及金属焊丝进行微弧火花沉积及填丝焊修补，将金属薄片与U型金属薄壁管之间的缝隙封闭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤(1)中，激光的参数为：频率为10～30Hz，脉宽为5～20ms，功率为50～150W。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
步骤(1)中，加热预处理的时间为3～8分钟。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
步骤(2)中，激光的参数为：频率为40～60Hz，脉宽为0.24～0.5ms，功率为200～300W。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
步骤(3)中，微弧火花沉积的参数为：电压为45～110V，功率为200～1500W，频率为60～540Hz。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于步骤(3)之后还包括步骤(4)对修复后的表面进行打磨处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤(1)中打磨采用砂纸。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于步骤(1)中清洗采用丙酮溶液。
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