CN105562885B - 基于钴粉填缝及3d打印技术的刷式密封焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，包括定制刷丝和焊材、制备焊接夹具、刷封装夹、设定焊接参数、3D打印焊接和焊接监测与调节、拆模等步骤，利用3D打印技术，采用粉末颗粒焊材对刷丝根部进行填充式熔覆，保证了刷丝焊接的均匀性和牢固性，解决了起始点和终点与其他焊接位置的焊接质量不一致的问题，摒弃了传统焊接方法中的打磨的步骤，保证了焊接后的品质，而且，采用了L605钴基合金刷丝母材及球形钴基Co55粉末焊材，焊接后的刷封可以承受1200℃以上的高温环境，可以在飞机发动机及涡轮发动机中使用，应用范围较广，发展前景远大。

Description

基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法
技术领域
本发明涉及一种刷式密封的新型焊接方法，尤其涉及基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，属于密封设备技术领域。
背景技术
目前，刷式密封在汽轮机及燃气轮机领域的使用越来越广泛，随着技术的进步，刷式密封技术开始在飞机发动机、涡轮发动机等大型机械上，由于飞机发动机的使用环境非常苛刻，且伴随着温度的剧烈变化，传统的刷封焊接方式只能满足在800摄氏度以下的环境中使用，而在涡轮发动机中则对焊接有更高的要求。
同时，刷式密封的传统焊接方式存在几个缺点：
（1）焊接参数的控制不稳定，焊接后存在虚焊，空鼓，气穴等现象；
（2）需要引弧、收弧操作过程，容易出现起始点和终点与其他焊接位置的焊接质量不匹配的问题；
（3）由于刷丝排丝密度不均匀会造成焊接过程中热量传导不一致，导致刷丝发生变色，热弯曲，断裂的现象；
（4）一般采用饱和焊接，焊接过后留有余量，焊接完毕后，根据需要将尺寸，将焊接位置进行打磨修整，而在打磨过程中机油后可能造成过量或者刷丝二次受热，造成刷丝脱落或断裂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中焊接方式不能满足高温环境要求的缺陷，提供基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，利用最先进的3D打印技术，将刷式密封的刷丝连同填缝材料整体熔覆，并对熔覆后的刷封进行检查补焊，保证焊接的均匀性和可靠性，同时能够承受1100℃以上的高温环境。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案如下：
基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，定制刷丝和焊材：刷丝材料选用钴基合金L605，焊材选用中高硬度的钴粉；
步骤二，制备焊接夹具：依据刷封的规格参数，制作出相应的焊接夹具，并在刷封夹具的内侧面设置陶瓷片，陶瓷片的外缘须高出排丝根部，同时在夹具的两端部连接好压缩空气的接口；
步骤三，刷封装夹，将待焊接的刷封装入焊接夹具；
步骤四，设定焊接参数：将装入焊接夹具的刷封，固定在3D打印机的平台上，设置焊接参数；
步骤五，3D打印焊接：接通焊接夹具的进气口和排气口，开启压缩空气开关，调节压缩空气的流量，待气流通畅后，开始3D打印焊接作业；同时，进行焊接监测与调节：在焊接过程中对焊接表面的温度进行监测，根据监测到的温度随时调节压缩空气的流量；
步骤六，拆模：3D打印焊接完毕后，拆掉焊接夹具，取出刷封，测量焊接尺寸，若符合设计要求即可完成焊接操作，否则，重复步骤三、四、五、六，直至焊接尺寸符合设计要求。
前述的基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，其特征在于：所述步骤一中的钴粉为钴铬钨硅硼合金球形粉末Co55，粒度在300以下。
前述的基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，其特征在于：所述步骤二中的焊接夹具为“凹”形焊接夹具。
前述的基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，其特征在于：所述步骤二中的陶瓷片粘贴在刷封夹具的内侧面，且陶瓷片外缘高出排丝根部的高度为2-3mm。
前述的基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，其特征在于：所述步骤四中的焊接参数包括3D打印的起始位置、终止位置，填缝的厚度及打印的行程、厚度、激光能量。
前述的基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，其特征在于：所述步骤五中利用红外温度计对焊接表面的温度进行监测。
本发明具有以下的有益效果：
（1）本发明利用3D打印技术，采用粉末颗粒焊材对刷丝根部进行填充式熔覆，保证了刷丝焊接的均匀性和牢固性；
（2）本发明利用3D打印技术的自动化和精确性，解决了起始点和终点与其他焊接位置的焊接质量不一致的问题；
（3）本发明在焊接过程中可以随时监控焊接的温度变化，根据温度变化适当调节压缩的流量来控制焊接区的温度，保证了焊接过程中的均匀性和可靠性；
（4）本发明采用的是3D增材打印技术，通过多次的填粉熔覆焊接，逐步达到所需要的尺寸，而摒弃了传统焊接方法中的打磨的步骤，不存在因为打磨过程中造成的刷丝损伤，有效了保证了焊接后的品质；
（5）采用了耐高温的L605钴基合金刷丝母材，以及球形钴基Co55粉末焊材，保证了焊接材料的一致性和融熔性，焊接后的刷封可以承受1200℃以上的高温环境，可以在飞机发动机及涡轮发动机中使用；
（6）改进了传统刷式密封的焊接夹具，增加了陶瓷导热片及空气流道，保证了焊接过程中热量的快速散失，避免了因为焊接过程中热量积累导致刷丝蠕变和断裂的问题。
附图说明
图1是本发明的基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法的刷封的正视图；
图2是本发明的基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法的刷封的俯视图；
图3是本发明的基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法中刷封装入焊接夹具后的剖视图；
图4是本发明的基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法中刷封装入焊接夹具后的整体示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，包括以下步骤：
步骤一，定制刷丝和焊材：为了保证焊接过程中母材和焊材的融合性，选用材料一致的母材与焊材，刷丝材料一般选用钴基合金丝L605，直径在0.07-0.20mm左右，钴元素含量大于45%，熔点1330℃；焊材选用中高硬度的钴铬钨硅硼合金球形粉末Co55，粒度在300以下，具有优异的红硬性和耐磨性以及良好的耐蚀性；
步骤二，制备焊接夹具：依据刷封的规格参数，制作出相应的“凹”形焊接夹具，并在刷封夹具的内侧面粘贴上用于导热的陶瓷片，陶瓷片的外缘须高出排丝根部2-3mm，同时在夹具的两端部连接好压缩空气的接口；
步骤三，刷封装夹，刷封结构如图1-2所示，将待焊接的刷封装入焊接夹具，结果如图3-4所示；
步骤四，设定焊接参数：将装入焊接夹具的刷封，固定在3D打印机的平台上，设置3D打印的起始位置、终止位置，填缝的厚度及打印的行程、厚度、激光能量等参数；
步骤五，3D打印焊接：接通焊接夹具的进气口和排气口，开启压缩空气开关，调节压缩空气的流量，待气流通畅后，开始3D打印焊接作业；同时，进行焊接监测与调节：在焊接过程中利用红外温度计对焊接表面的温度进行监测，根据监测到的温度随时调节压缩空气的流量；
步骤六，拆模：3D打印焊接完毕后，拆掉焊接夹具，取出刷封，测量焊接尺寸，若符合设计要求即可完成焊接操作，否则，重复步骤三、四、五、六，直至焊接尺寸符合设计要求。
本发明克服了传统刷式密封的焊接方法在高温环境使用下的不足，利用最先进的3D打印技术，将刷式密封的刷丝连同填缝材料整体熔覆，并对熔覆后的刷封进行检查补焊，保证焊接的均匀性和可靠性，同时能够承受高温环境，是目前先进技术的集中利用和综合体现，应用范围广，发展前景远大。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，定制刷丝和焊材：刷丝材料选用钴基合金L605，焊材选用中高硬度的钴粉，所述钴粉具体为钴铬钨硅硼合金球形粉末Co55；
步骤二，制备焊接夹具：依据刷封的规格参数，制作出相应的焊接夹具，并在焊接夹具的内侧面设置陶瓷片，陶瓷片的外缘须高出刷丝根部，同时在夹具的两端部连接好压缩空气的接口；
步骤三，刷封装夹，将待焊接的刷封装入焊接夹具；
步骤四，设定焊接参数：将装入焊接夹具的刷封，固定在3D打印机的平台上，设置焊接参数；
步骤五，3D打印焊接：接通焊接夹具的进气口和排气口，开启压缩空气开关，调节压缩空气的流量，待气流通畅后，开始3D打印焊接作业；同时，进行焊接监测与调节：在焊接过程中对焊接表面的温度进行监测，根据监测到的温度随时调节压缩空气的流量；
步骤六，拆模：3D打印焊接完毕后，拆掉焊接夹具，取出刷封，测量焊接尺寸，若符合设计要求即可完成焊接操作，否则，重复步骤三、四、五、六，直至焊接尺寸符合设计要求。
2.根据权利要求1所述的基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，其特征在于：所述步骤一中钴铬钨硅硼合金球形粉末Co55的粒度在300目以下。
3.根据权利要求1所述的基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，其特征在于：所述步骤二中的焊接夹具为“凹”形焊接夹具。
4.根据权利要求1所述的基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，其特征在于：所述步骤二中的陶瓷片粘贴在焊接夹具的内侧面，且陶瓷片外缘高出刷丝根部的高度为2-3mm。
5.根据权利要求1所述的基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，其特征在于：所述步骤四中的焊接参数包括3D打印的起始位置、终止位置，填缝的厚度及打印的行程、厚度、激光能量。
6.根据权利要求1所述的基于钴粉填缝及3D打印技术的刷式密封焊接方法，其特征在于：所述步骤五中利用红外温度计对焊接表面的温度进行监测。
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