CN103406626B

CN103406626B - 工件曲面部位焊补修复方法

Info

Publication number: CN103406626B
Application number: CN201310318787.1A
Authority: CN
Inventors: 李福山; 杜学山; 王建峰; 张锁; 黎文强
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: CN103406626A

Abstract

本发明涉及一种工件曲面填补修复方法。旨在解决现有修补方法中原料利用率低、修补效果差且成本高的技术问题。其主要步骤包括确定需要待补填的重量和部位，以具有契合面的陶瓷模具，在待修补部位铺设钎料，用陶瓷模具的契合面轻轻挤粉料，以粉料能够均匀地填补工件待修补部位，固定模具和待修复工件的相对位置后进行加热即成。本发明具有积极有益的效果：原料利用率高、成本低且利用模具能够很好的控制修复后的表面形状；修补后，工件上无留毛边，修补效果好，对于尺寸、形状和重量要求较高的零件有很好的应用前景；操作便利易于实现大规模生产。

Description

工件曲面部位焊补修复方法

技术领域

本发明涉及一种焊补修补方法，具体涉及一种工件曲面焊补修复方法。

背景技术

磨损和表面缺陷是零件（特别是金属零件）中常见的现象。

目前采用的热喷涂、喷焊、刷镀、补焊和堆焊等技术来焊补修复金属磨损表面和表面缺陷，适当补偿使其形状尺寸恢复，延缓工作寿命，已达到节约材料及维修成本的目的。但这些对技术掌握上有很高的要求，处理工艺复杂，而且不能解决特殊复杂曲面的修复问题；例如，采用喷焊和喷涂技术焊补修复后的涂层需要机加工才能达到使用要求，焊补修复程序复杂；对硬度高、复杂曲面的涂层机加工难度非常大；这类技术存在修复速度慢、成本高、效果不明显，不利于大规模生产；这类技术及方法由于焊补层厚度严重不均，再加之机加工造成的硬化，使最终的焊补修复层性能变差，从而加剧了在随后服役中表面磨损的负面效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种原料利用率高、修补效果好且成本低的工件曲面填补修复方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

设计一种工件曲面焊补修复方法，具体包括以下步骤：

（1）制作出具有契合面的陶瓷模具，其契合面与工件待修补部位的曲面形状相匹配；

（2）打磨清理待修补部位，并用丙酮进行清洗干净，以保证界面光洁无尘；

（3）选取与待修复工件材质相同或相近且不浸润所述陶瓷模具的材料制成均匀的填充粉状钎料，并根据待修复工件的质量密度和待修补部位的容积大小，确定所述填充粉状钎料的用量后，将其与易挥发的有机溶剂（如丙酮等）混和成膏状（以涂敷时不散落为准）,将其均匀的涂敷在所述工件的待修补部位；

（4）用所述陶瓷模具的契合面轻轻挤压涂敷在工件待修补部位的粉状钎料，并使所述陶瓷模具的契合面与待修补部位相契合部位的四周边缘处有一定的间隙后，固定所述陶瓷模具与待修复工件的相对位置,根据需要通过使陶瓷模具对涂敷粉状钎料施加一定的预压应力；

（5）将固定好的陶瓷模具与待修复工件置入真空钎焊炉中加热，以使填充的粉状钎料融化并粘结于工件待修补部位；

（6）降至设定温度后取出,去掉陶瓷模具，对所述修补部分进行简单的磨平处理即可。

在所述步骤（4）中,在所述陶瓷模具与待修复工件的相对位置固定后，可根据需要通过使陶瓷模具对涂敷粉状钎料施加一定的预压应力(是否加压应力或压应力大小根据焊补工件要求而定，加压方式为常规的钎焊加压)。

所述陶瓷模具由氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化钛或氮化硼制成。

本发明具有积极有益的效果：

（1）对于所述工件焊补的同时实现对其原表面形状的恢复成型，不需机加或机加工量极小（对于精密表面只需机加工去除余量）即可修复成型，减少修复工序；

（2）利用陶瓷模具成型作用，阻止粉状钎料在熔融后的流动堆积而造成的表面形状改变，粉状钎料在熔融焊补后所得到的焊补层表面可完全复制陶瓷模具工作表面形状，由此实现对表面呈复杂曲面形状工件的焊补修复，克服了上述传统焊补工艺难以对复杂表面的焊补及恢复成型的问题；修补后，工件上无留毛边，焊补修复效果好；

（3）通过调整所述陶瓷模具与的工件契合面间之间的间隙距离，可实现对焊补层厚度的精确控制，通过陶瓷模具对与其契合面之间的粉状钎料预挤压及对粉状钎料铺涂范围的调整，可实现对焊补层范围的精确控制，由此节约钎料使用，特别是节约贵重钎料的使用可明显降低焊补成本；

（5）由于陶瓷模具与钎料之间存在良好的高温不润湿性，可实现陶瓷模具与工件的钎焊层无粘接地完全分离，而陶瓷模具不受损伤，可反复使用。

附图说明

图1为在利用本发明方法修补高尔夫球头内部不均匀表面的过程中陶瓷模具和高尔夫球头固定安装示意图；

图2为陶瓷模具为支撑在高尔夫球头内部不均匀表面进行焊补修复的示意图；

图3为高尔夫球头的内部曲面焊补修复过程中的热处理工艺参数的对应关系图谱；

图4为高温合金叶片表面焊补修复过程中的热处理工艺参数的对应关系图谱。

图中，1为带有螺纹的滑槽，2为固定臂，3为高尔夫球头，4为模具支架，5为陶瓷模具，6为管头，7为球头固定支架，8为模具固定支架，9为底板，10为Ti基非晶钎料，11为高尔夫球头待焊补修复部位。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步阐述本发明。

实施例1：一种高尔夫球头的内部曲面焊补修复方法，具体包括如下步骤：

（1）以相对于标准重量具有负偏差的、采用精密铸造方法制备出的高尔夫TC4(合金成分为Ti-6Al-4V)钛合金空腔高尔夫球头为焊补对象，球头通常负偏差量为1～5g，要求焊补修复位置位于其空腔内表面，且表面均匀、形状与设计内腔表面一致，参见图1；

（2）测出高尔夫球头的实际重量，根据标准重量和实际重量之差确定需要待焊补修复的重量；

（3）通过测量高尔夫球头选定不均匀的较薄处为待焊补修复部位；

（4）以纯度为99.9%，晶粒度为1μm的氧化铝（Al₂O₃）为原料制作出尺寸精度符合要求的具有契合面的陶瓷模具，该契合面与高尔夫球头待焊补修复部位的曲面形状相匹配；

（5）用800#的SiC砂纸打磨去除高尔夫球头待修补部位的氧化层，再用丙酮进行清洗干净，以利于钎料与球头更好的结合；

（6）钎料选用Ti基非晶粉状钎料，成分为Ti_37.5Zr_37.5Ni₁₀Cu₁₅（wt%）；

（7）将与高尔夫球头理论重量值和实际重量值之差等量的Ti基非晶粉状钎料与少量(粉状钎料体积的10%)无水丙酮混和,将其均匀的涂敷在高尔夫球头待焊补修复部位；

（8）用所述陶瓷模具5的契合面预挤压涂敷在高尔夫球头3待修补部位11的Ti基非晶钎料10，使钎料能够均匀地填补高尔夫内待焊补修复的不均匀部分，并使该陶瓷模具5的契合面与待修补部位11相契合部位的四周边缘处有一定的间隙后，固定陶瓷模具5和高尔夫球头3的相对位置，参见图1、图2；

（9）将固定好的陶瓷模具和高尔夫球头置入高真空钎焊炉中，预制真空至真空度高于5×10^-3Pa，以10℃/min的加热速率将炉子加热至930℃，接着保温6分钟，然后停止加热并随炉冷却至300℃（参见图3），以使Ti基非晶钎料与高尔夫球头待焊补修复部位通过充分扩散形成冶金结合的钎焊层，由此固结在高尔夫球头待焊补修复部位；

（10）随炉冷却至300℃后，即可卸除真空打开炉门取出陶瓷模具和高尔夫球头固定装置，后去掉陶瓷模具，对所述焊补修复部分进行简单的磨平处理即可；

（11）修补后的高尔夫球头检验合格后，完成焊补修复。

实施例2：一种高温合金叶片表面焊补修复方法，具体包括如下步骤：

（1）待焊补修复工件材料为轧制后热处理状态的GH586高温合金(固溶状态760℃/16h+1080℃/4h)，其化学成分为C：0.05、Cr:19.3、Co:11.2、W:2.95、Mo:8.17、Ti:3.28(wt%)，待焊补修复工件形状为表面有蚀坑损伤的涡轮叶片；

（2）确定待焊补叶片的缺陷范围，根据实际缺陷范围和程度确定焊补粉状钎料的用量；

（3）钎料选用镍基非晶粉状钎料，成分为Ni₈₂Cr_7.5Fe₃Si_4.5B₃（杂质C<0.06%）（wt%）；

（4）用微型打磨电钻将坑蚀缺陷处打磨清理去除该部位氧化物及锈蚀层，再用800#的SiC砂纸打磨平整，接着用丙酮进行清洗干净，以利于Ni基非晶钎料与球头更好的结合；

（5）以纯度为99.9%，晶粒度为1μm的六方氮化硼（HBN)为原料制作出尺寸精度符合要求的具有契合面的BN陶瓷模具，该契合面与叶片待焊补修复部位的曲面形状相匹配；

（6）将所述Ti基非晶粉状钎料与少量(粉状钎料体积的10%)无水丙酮混和,将其均匀的涂敷在叶片待焊补修复部位；

（7）用所述氮化硼（HBN)陶瓷模具的契合面预挤压涂敷在叶片待焊补修复部位的所述Ni基非晶钎料，使钎料能够均匀地填补叶片待焊补修复部位的坑蚀不均匀部分，调整所述氮化硼（HBN)陶瓷模具与工件契合面间之间的间隙距离，留出1～2mm焊补层余量厚度，并使该BN陶瓷模具的契合面与叶片待焊补修复部位相契合部位的四周边缘处有一定的间隙后，固定BN陶瓷模具和待焊补叶片的相对位置；

（8）通过使陶瓷模具对涂敷粉状钎料施加2MPa的预压应力；

（9）将固定好的氮化硼（HBN)陶瓷模具和待焊补叶片置入高真空钎焊炉中，预制真空至真空度高于1×10^-2Pa,以10℃/min的加热速率将炉子加热至990～1050℃，接着保温6分钟，然后停止加热并随炉冷却至300℃（参见图4），以使Ni基非晶钎料与叶片待焊补修复部位通过充分扩散形成冶金结合的钎焊层，由此固结在叶片待焊补修复部位；

（10）随炉冷却至300℃后，即可卸除真空打开炉门取出BN陶瓷模具和所焊补修复的叶片及固定装置，后去掉氮化硼（HBN)陶瓷模具，对所述叶片的焊补修复部分进行进行机加去除焊补余量即可；

（11）修补后的叶片检验合格后，完成焊补修复。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进（如曲面形状及尺寸规格的调整、相关工艺参数的选择等），这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上为适用于不同工件类型所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种工件曲面焊补修复方法，包括以下步骤：

（1）制作出具有契合面的陶瓷模具，且使其契合面与待修复工件待修补部位的曲面形状相匹配；

（3）选取与待修复工件材质相同或相近且不浸润所述陶瓷模具的材料制成均匀的粉状钎料，并根据待修复工件的质量密度和待修补部位的容积大小，确定所述粉状钎料的用量后，将其与一定量的易挥发的有机溶剂混和成膏状敷料，将该膏状敷料均匀的涂敷在所述待修复工件的待修补部位；

（4）用所述陶瓷模具的契合面轻轻挤压涂敷在待修复工件待修补部位的膏状钎料，并使所述陶瓷模具的契合面与待修补部位相契合部位的四周边缘处有一定的间隙后，固定所述陶瓷模具与待修复工件的相对位置，并根据需要通过使陶瓷模具对涂敷膏状钎料施加一定的预压应力；

（5）将固定好的陶瓷模具与待修复工件置入真空钎焊炉中加热，以使填充的粉状钎料熔化并粘结于待修复工件待修补部位；

（6）降至设定温度后取出，去掉陶瓷模具，对待修补部位进行简单的磨平处理即可。

2.根据权利要求1所述的工件曲面焊补修复方法，其特征在于，所述陶瓷模具由氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化钛、氧化铍或氮化硼制成。