CN102441759A - 刚性异材焊接失效后的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚性异材焊接失效后的修复方法，其包括下列步骤：(1)制作一孔板模具，所述孔板模具上依次开有彼此平行的轴向通孔，每相邻的两轴向通孔交错连接，形成一排孔；(2)将孔板模具紧贴刚性材料固定设置，使所述排孔的中心线位于焊接泄漏缝上方；(3)采用钻头沿孔板模具的各轴向通孔在刚性材料上钻轴向孔，最终在刚性材料上形成一排轴向孔；(4)向第二个和倒数第二个轴向孔中打入销钉，销钉的直径与轴向孔的孔径的差值大于泄漏缝的宽度。

Description

刚性异材焊接失效后的修复方法

技术领域

本发明涉及一种用于硬质异材连接处的连接失效后的修复方法，尤其涉及一种硬质异材间焊接失效后的修复方法。

背景技术

由于工艺性能的要求，很多场合需要将两种异材结合在一起，如高炉炉壁与炉身冷却板之间的连接。但是异材之间的直接焊接，一直以来是焊接领域的难题，尤其是在工程领域广泛需要的铸铁与铜的焊接。铁与铜这两种材料的焊接性很差，主要表现在：

(1)铸铁基体与铜基体不易结合。铁在铜中的溶解度相当小，在1094℃时溶解度为4.0wt％，在7000℃时溶解度为0.3wt％，室温时溶解度小于1.3×10^-5wt％。焊接时，铁在铜中的含量超过其溶解度时，铁与铜不能形成连续固溶体，即两种母材基体不结合。

(2)异质焊缝成分不均匀。铸铁和铜的密度不同，铁的密度为7.87g/cm³，铜的密度为8.9g/cm³。焊接时可能出现“翻铁”现象，铁的化合物漂浮在铜表面上，造成焊缝的硬度、组织和成分不均匀。铁在铜中的化合物由于分布不均匀，会产生“成分偏析”，导致焊缝的化学成分不均匀，力学性能下降。

(3)焊接接头区容易产生裂纹。铸铁与铜焊接时产生的游离石墨能阻隔铁与铜、铁与铁之间的联系。在铁与铜的液态熔池中产生的SiO₂薄膜，能阻碍铁与铜的连接。铸铁本身硬而脆，铜在高温能与铁的氧化物形成低熔点的共晶体，因此在两种母材侧都容易产生裂纹，严重时导致断裂。

(4)焊接接头变形大。铸铁与铜的热导率、线膨胀系数等相差较大，焊后收缩量不同，接头处易产生很大变形。铸铁的塑性很差，在电弧作用下，自由膨胀没有铜大，所以铸铁母材一侧的焊接应力较大，焊接变形也比铜母材一侧大。

综上所述，在线使用的异材焊接件本体不适宜受到振动、挤压、温度拉伸等各种外界因素的影响，否则会在两母体之间产生裂纹，发生渗漏，如果不及时补救就演变成泄漏，造成在线补救难度的加大。而同时，目前还没有对失效的焊缝进行较好的在线处理的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种刚性异材焊接失效后的修复方法，该方法用于不同材质的金属材料焊接后，其焊缝发生渗泄时，对失效的焊缝进行在线机械补漏，其操作简单，修复过程所使用的材料可反复使用。

本发明根据上述发明目的，提供了一种刚性异材焊接失效后的修复方法，其包括下列步骤：

(1)制作一孔板模具，所述孔板模具上依次开有彼此平行的轴向通孔N₁，N₂，……，N_j，……N_n-1，N_n，其中2＜j＜n-1，每相邻的两轴向通孔交错连接，形成一排孔；

(2)将孔板模具紧贴刚性材料固定设置，使所述排孔的中心线位于焊接泄漏缝上方，且距离刚性异材焊接结合面的距离h≤1/2，其中1为刚性异材焊接结合面距刚性材料上端面的距离；

(3)采用钻头沿孔板模具的各轴向通孔在刚性材料上钻轴向孔，最终在刚性材料上形成一排轴向孔M₁，M₂，……，M_j，……M_n-1，M_n，其中2＜j＜n-1；轴向孔的深度根据被钻刚性材料的轴向宽度而定，为了保证强度，钻孔的深度不应当超过被钻刚性材料轴向宽度的2/3；

(4)向轴向孔M₂和M_n-1中打入销钉，销钉的直径D与轴向孔的孔径d的差值大于泄漏缝的宽度a。基于上述步骤(2)中排孔中心线位置的确定，向轴向孔M₂和M_n-1中打入销钉后，排孔上部材料弹性变形的强度要远大于排孔下部的变形强度，受挤压力的作用，排孔下部受胀力，迫使焊接泄漏缝闭合。最外侧的两个轴向孔M₁和M_n为应力消除孔，当连排孔被两根销钉胀开时，会在排孔的两端产生拉应力，如果该应力不予消除并且一直存在，时间稍长会导致连排孔两侧终端应力集中并且疲劳开裂，所以必须在排孔的最外侧各空余一个非工作孔，以其空心圆弧状结构分解留存的拉应力。

通过上述方法即可实现在线对焊接泄漏缝进行补漏。

然而在特殊情况下，结合的异材可能再次发生焊接失效，焊接泄漏缝再次产生，或者是随着时间的推移，打入的销钉表面发生腐蚀，胀力复位，均会造成(销钉直径D-轴向孔的孔径d)＜泄漏缝的宽度a；或者是，原始胀力随着时间的推移，弹性变形向塑性变形转化，也会在原来的泄漏缝处再次发生渗泄。

因此，优选地，所述刚性异材焊接失效后的修复方法还包括步骤(5)：向位于轴向孔M₂和M_n-1中间的轴向孔M_j中打入复胀销，复胀销的直径D’略大于所述销钉的直径D，轴向孔M_j-1和M_j+1中均不打入复胀销，其中2＜j-1＜j＜j+1＜n-1，即相邻的两轴向孔中不连续打入复胀销，复胀销是间隔打入的。

通过上述复胀步骤可再次恢复胀力，使渗泄再次得以控制。此时，原先打入的销钉也可轻易取出。

优选地，所述步骤(4)和步骤(5)交替进行，每进行一次交替，所述销钉和复胀销的直径均略有增长。

优选地，所述孔板模具上轴向通孔的内壁硬度需达到HRC56-62。

本发明通过采用上述技术方案，实现了在线对异材焊接失效处进行补漏，补漏的过程简单，耗时短，并且可以实现反复补漏。

说明书附图

图1为本发明所述的技术方案中采用的孔板模具的结构示意图。

图2为本发明所述的技术方案中孔板模具位置设置图。

图3为图2的立体示意图。

图4为本发明所述的技术方案中步骤(3)的状态示意图。

图5为本发明所述的技术方案中步骤(4)的状态示意图。

图6为本发明所述的技术方案中步骤(5)的状态示意图。

具体实施方式

铜与铁这两种材料通过焊接连接，在其焊缝处产生了泄漏缝，按照下述步骤对该泄漏缝进行补漏：

(1)制作一孔板模具，该孔板模具上依次开有彼此平行的7个轴向通孔，每相邻的两轴向通孔交错连接，形成一排孔。如图1所示的是具有三个轴向通孔的孔板模具1，其上开有三个交错连接的轴向通孔11。本实施例中的孔板模具上的轴向通孔内壁均经过调质处理，孔内壁硬度达HRC56～62。

(2)将孔板模具紧贴出现泄漏缝这一侧的刚性材料，即铁板，固定设置，设置位置如图2和图3所示，图中显示的是铁板3和铜板4通过焊材5焊接在一起，孔板模具1的排孔的中心线111位于泄漏缝2上方2-3mm处。图2中的1表示铁板3与铜板4的焊接结合面距铁板上端部的距离，h表示排孔中心线111距焊接结合面的距离。

(3)如图4所示，采用钻头6沿孔板模具1的各轴向通孔在铁板3上钻轴向孔，最终在铁板3上形成一排7个轴向孔7。

(4)如图5所示，向第二个和倒数第二个轴向孔中打入销钉8，销钉8的直径与轴向孔的孔径的差值大于泄漏缝的宽度。基于上述步骤(2)中排孔中心线位置的确定，向第二个和倒数第二个轴向孔中打入销钉8后，排孔上部材料弹性变形的强度要远大于排孔下部的变形强度，受挤压力的作用，排孔下部受胀力，迫使焊接泄漏缝闭合。第一个和最后一个轴向孔为应力消除孔71。

若焊接泄漏缝再次产生，则如图6所示，向中间轴向孔打入复胀销9，复胀销9与销钉8之间间隔有一个轴向孔，复胀销9的直径略大于销钉8的直径。通过该复胀步骤可再次恢复胀力，使渗泄再次得以控制。此时，原先打入的销钉8可轻易取出。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种刚性异材焊接失效后的修复方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)制作一孔板模具，所述孔板模具上依次开有彼此平行的轴向通孔N₁，N₂，……，N_j，……N_n-1，N_n，其中2＜j＜n-1，每相邻的两轴向通孔交错连接，形成一排孔；

(2)将孔板模具紧贴刚性材料固定设置，使所述排孔的中心线位于焊接泄漏缝上方，且距离刚性异材焊接结合面的距离h≤1/2，其中1为刚性异材焊接结合面距刚性材料上端面的距离；

(3)采用钻头沿孔板模具的各轴向通孔在刚性材料上钻轴向孔，最终在其上形成一排轴向孔M₁，M₂，……，M_j，……M_n-1，M_n，其中2＜j＜n-1；

(4)向轴向孔M₂和M_n-1中打入销钉，销钉的直径D与轴向孔的孔径d的差值大于泄漏缝的宽度a。

2.如权利要求1所述的刚性异材焊接失效后的修复方法，其特征在于，还包括步骤(5)：向位于轴向孔M₂和M_n-1中间的轴向孔M_j中打入复胀销，复胀销的直径D’略大于所述销钉的直径D，轴向孔M_j-1和M_j+1中均不打入复胀销，其中2＜j-1＜j＜j+1＜n-1。

3.如权利要求2所述的刚性异材焊接失效后的修复方法，其特征在于，所述步骤(4)和步骤(5)交替进行，每进行一次交替，所述销钉和复胀销的直径均略有增长。

4.如权利要求3所述的刚性异材焊接失效后的修复方法，其特征在于，所述孔板模具上轴向通孔的内壁硬度需达到HRC56-62。

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