CN106425023A - 一种高性能堆焊再制造方法 - Google Patents

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赵晓明
熊嘉锋
成军伟
张明
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Abstract

本发明公开了高性能堆焊再制造方法，其特征在于，包括以下步骤：除去失效工件表面缺陷；扫描工件打磨后的三维失效模型；通过三维软件处理得到需堆焊再制造部分的模型，即堆焊层模型；将堆焊层模型自下而上分为打底层、过渡层、功能层三层；在模型剖分软件中将三层沿Z轴方向逐层剖分，分别得到三层的堆焊路径，生成各自的程序文件，并将三层的程序文件导入堆焊再制造的设备中；按照打底层、过渡层、功能层的顺序，在工件缺陷表面自下而上逐层施焊，完成失效工件的堆焊再制造。本发明不受堆焊层厚度限制，堆焊层表面硬度较高，裂纹倾向小，与基体结合效果好。

Description

一种高性能堆焊再制造方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种高性能堆焊再制造方法。
背景技术
再制造是指恢复失效工件的形状与尺寸，并保证其性能满足使用要求的一种生产工艺。堆焊技术利用电弧作为热源，以金属丝材为填充材料对工件受损区域进行修补，从而实现零件再制造。
传统堆焊工艺是在打磨光滑的基体表面堆焊一定厚度的耐磨材料，但耐磨层硬度较高，多层堆焊时堆焊层表面裂纹倾向严重，所以不适宜于磨损量过大的工件。而且，对于磨损量较大的工件，若仅依靠单一耐磨材料熔覆形成的堆焊层仅能满足工件的耐磨性要求，基体与堆焊层界面的结合强度很差，采用单一耐磨材料熔覆形成堆焊层难以同时满足工件的耐磨耐蚀性、塑韧性、耐疲劳、抗蠕变等使用性能的要求，常需做进一步的热处理才能达到性能要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能堆焊再制造方法，解决了传统堆焊工艺难以同时满足工件耐磨性和塑韧性的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种高性能堆焊再制造方法，包括以下步骤：
步骤1、将失效工件表面打磨清理，除去工件表面缺陷；
步骤2、扫描工件打磨后的三维失效模型；
步骤3、在三维软件中，将工件的原始设计模型与步骤2扫描得到的三维失效模型作布尔求差运算，得到需堆焊再制造部分的模型，即堆焊层模型；
步骤4、将堆焊层模型自下而上分为打底层、过渡层、功能层三个结构层；
步骤5、在模型剖分软件中将三个结构层沿Z轴方向逐层剖分，分别得到三个结构层的堆焊路径，生成各自的程序文件，并将三个结构层的程序文件导入堆焊再制造的设备中；
步骤6、分别设定三个结构层的焊接工艺参数，并选择各层材料，按照打底层、过渡层、功能层的顺序，在工件缺陷表面自下而上逐层施焊，完成失效工件的堆焊再制造。
本发明的特点还在于：
步骤4功能层厚度为3-8mm，过渡层厚度为2-3mm，打底层厚度为堆焊层总厚度减去过渡层与功能层厚度。
步骤6打底层采用脉冲焊接，焊接工艺参数为电流为120-130A，电压为18-20V，送丝速度为4-5.5m/min，焊接速度为5-10mm/s。
步骤6过渡层采用弧焊焊接，焊接工艺参数为电流为100-120A，电压为18-20V，送丝速度为3.5-4.5m/min，焊接速度为8-10mm/s。
步骤6功能层采用弧焊焊接，焊接工艺参数为电流为120-130A，电压为20-22V，送丝速度为4-5.5m/min，焊接速度为5-10mm/s。
步骤6打底层材料与基体材料相同，所述功能层材料根据待修复工件性能要求选择，所述过渡层材料的选择原则为，其成分包含了打底层材料与功能层材料成分的主要元素，使过渡层材料能够很好地与打底层材料和功能层材料互溶，达到降低裂纹、提高堆焊层性能的目的。
步骤6焊接过程中，使用氩气为保护气体，气体流量为15-20ml/L。
本发明的有益效果是，本发明再制造堆焊方法中，堆焊层厚度不受限制，满足大尺寸、严重磨损工件的修复，且堆焊层表面硬度较高，焊后不需进行后续热处理。采用本发明方法修复的堆焊层表面裂纹倾向小，通过合理选材可使堆焊层兼具耐磨耐蚀、抗高温蠕变性，并且具有较高的塑韧性。堆焊层与基体结合效果好，堆焊层不容易剥落。
附图说明
图1是本发明实施例1的零件模型图。
图中，1.打底层，2.过渡层，3.功能层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。
实施例1
以某失效链轮链窝的修复再制造为例，其堆焊再制造方法具体包括以下步骤：
步骤1、将失效链轮的链窝表面打磨清理，除去链窝表面缺陷。
步骤2、利用三维扫描仪扫描出工件打磨后链窝的失效三维模型。
步骤3、在三维软件中，将链窝的原始设计模型与失效模型作布尔求差运算，得到堆焊再制造部分的形状与精确尺寸，以其作为堆焊层，如附图1所示。
步骤4、将堆焊层模型自下而上划分为打底层1、过渡层2、功能层3三层(如图1)，打底层厚6mm、过渡层厚2mm、功能层厚3mm(总厚11mm)。
步骤5、在模型剖分软件中将打底层1、过渡层2、功能层3沿Z轴方向逐层剖分，分别设计得到三层的堆焊路径，并生成各自的程序文件，并将三层的程序导入ABB焊接机器人中。
步骤6、按照打底层、过渡层、功能层的顺序，在工件缺陷表面自下而上逐层施焊。先采用与基体材料同质的30Cr丝材进行打底层堆焊，电源模式为脉冲模式，焊接工艺参数为电流为130A，电压为20V，送丝速度为5.5m/min，焊接速度为6mm/s，同时使用99.99％的纯氩为保护气体，气体流量为18ml/L。焊接完毕后，再采用Fe-Cr-Ni合金钢焊丝进行过渡层焊接，弧焊焊接工艺参数为电流为100A，电压为18V，送丝速度为4m/min，焊接速度为8mm/s，同时使用99.99％的纯氩为保护气体，气体流量为17ml/L。最后焊接功能层，功能层采用C-Cr-Si合金钢丝材，弧焊焊接工艺参数为电流为130A，电压为22V，送丝速度为5.5m/min，焊接速度为6mm/s，同时使用99.99％的纯氩为保护气体，气体流量为15ml/L。至此完成堆焊层的再制造，修复好的链轮链窝如图1所示。
实施例2
以某失效链轮的修复再制造为例，其堆焊再制造方法具体包括以下步骤：
步骤1、将失效齿轮表面打磨清理，除去齿轮表面缺陷。
步骤2、利用三维扫描仪扫描出工件打磨后齿轮的失效三维模型。
步骤3、在三维软件中，将齿轮的原始设计模型与失效模型作布尔求差运算，得到堆焊再制造部分的形状与精确尺寸，以其作为堆焊层。
步骤4、将堆焊层模型自下而上划分为打底层1、过渡层2、功能层3三层，打底层厚3mm、过渡层厚2mm、功能层厚6mm(总厚11mm)。
步骤5、在模型剖分软件中将打底层1、过渡层2、功能层3沿Z轴方向逐层剖分，分别设计得到三层的堆焊路径，并生成各自的程序文件，并将三层的程序导入ABB焊接机器人中。
步骤6、按照打底层、过渡层、功能层的顺序，在工件缺陷表面自下而上逐层施焊。先采用与基体材料同质的1Cr13丝材进行打底层堆焊，电源模式为脉冲模式，焊接工艺参数为电流为120A，电压为18V，送丝速度为4m/min，焊接速度为8mm/s，同时使用99.99％的纯氩为保护气体，气体流量为18ml/L。焊接完毕后，再采用Fe-Cr-Ni合金钢焊丝进行过渡层焊接，弧焊焊接工艺参数为电流为120A，电压为20V，送丝速度为4.5m/min，焊接速度为10mm/s，同时使用99.99％的纯氩为保护气体，气体流量为17ml/L。最后焊接功能层，功能层采用C-Cr-Mn合金钢丝材，弧焊焊接工艺参数为电流为120A，电压为20V，送丝速度为4m/min，焊接速度为6mm/s，同时使用99.99％的纯氩为保护气体，气体流量为15ml/L。至此完成堆焊层的再制造。
实施例3
以某失效链轮的修复再制造为例，其堆焊再制造方法具体包括以下步骤：
步骤1、将失效模具表面打磨清理，除去模具表面缺陷。
步骤2、利用三维扫描仪扫描出工件打磨后模具的失效三维模型。
步骤3、在三维软件中，将模具的原始设计模型与失效模型作布尔求差运算，得到堆焊再制造部分的形状与精确尺寸，以其作为堆焊层。
步骤4、将堆焊层模型自下而上划分为打底层1、过渡层2、功能层3三层，打底层厚3mm、过渡层厚2mm、功能层厚4mm。
步骤5、在模型剖分软件中将打底层1、过渡层2、功能层3沿Z轴方向逐层剖分，分别设计得到三层的堆焊路径，并生成各自的程序文件，并将三层的程序导入ABB焊接机器人中。
步骤6、按照打底层、过渡层、功能层的顺序，在工件缺陷表面自下而上逐层施焊。先采用与基体材料同质的40Cr丝材进行打底层堆焊，电源模式为脉冲模式，焊接工艺参数为电流为120A，电压为18V，送丝速度为4m/min，焊接速度为8mm/s，同时使用99.99％的纯氩为保护气体，气体流量为18ml/L。焊接完毕后，再采用Fe-Cr-Ni合金钢焊丝进行过渡层焊接，弧焊焊接工艺参数为电流为120A，电压为20V，送丝速度为4.5m/min，焊接速度为10mm/s，同时使用99.99％的纯氩为保护气体，气体流量为17ml/L。最后焊接功能层，功能层采用Fe-C-Cr合金钢丝材，弧焊焊接工艺参数为电流为120A，电压为20V，送丝速度为4m/min，焊接速度为6mm/s，同时使用99.99％的纯氩为保护气体，气体流量为15ml/L。至此完成堆焊层的再制造。
对传统单层堆焊技术修复的零件分别和三个实施例的修复零件性能进行检测，结果如表1所示。
表1实施例修复零件硬度和冲击功测试结果
由表1可知，本发明修复产品的硬度和韧性远远高于现有单层堆焊修复技术。

Claims (7)

1.一种高性能堆焊再制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将失效工件表面打磨清理，除去工件表面缺陷；
步骤2、扫描工件打磨后的三维失效模型；
步骤3、在三维软件中，将工件的原始设计模型与步骤2扫描得到的三维失效模型作布尔求差运算，得到需堆焊再制造部分的模型，即堆焊层模型；
步骤4、将堆焊层自下而上分为打底层、过渡层、功能层三个结构层；
步骤5、在模型剖分软件中将三个结构层沿Z轴方向逐层剖分，分别得到三个结构层的堆焊路径，生成各自的程序文件，并将三个结构层的程序文件导入堆焊再制造的设备中；
步骤6、分别设定三个结构层的焊接工艺参数，并选择各层材料，按照打底层、过渡层、功能层的顺序，在工件缺陷表面自下而上逐层施焊，完成失效工件的堆焊再制造。
2.根据权利要求1所述的高性能堆焊再制造方法，其特征在于，步骤4所述功能层厚度为3-8mm，过渡层厚度为2-3mm，打底层厚度为堆焊层总厚度减去过渡层与功能层厚度。
3.根据权利要求1所述的高性能堆焊再制造方法，其特征在于，步骤6所述打底层采用脉冲焊接，焊接工艺参数为电流为120-130A，电压为18-20V，送丝速度为4-5.5m/min，焊接速度为5-10mm/s。
4.根据权利要求1所述的高性能堆焊再制造方法，其特征在于，步骤6所述过渡层采用弧焊焊接，焊接工艺参数为电流为100-120A，电压为18-20V，送丝速度为3.5-4.5m/min，焊接速度为8-10mm/s。
5.根据权利要求1所述的高性能堆焊再制造方法，其特征在于，步骤6所述功能层采用弧焊焊接，焊接工艺参数为电流为120-130A，电压为20-22V，送丝速度为4-5.5m/min，焊接速度为5-10mm/s。
6.根据权利要求1所述的高性能堆焊再制造方法，其特征在于，步骤6所述打底层材料与基体材料相同，所述功能层材料根据待修复工件性能要求选择，所述过渡层材料成分包含了打底层材料与功能层材料成分的元素，使过渡层材料能够与打底层材料和功能层材料互溶。
7.根据权利要求1所述的高性能堆焊再制造方法，其特征在于，步骤6所述焊接过程中，使用氩气为保护气体，气体流量为15-20ml/L。
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