CN106513958A - 一种用于导叶内环精密修复方法 - Google Patents

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高山
宋文清
曲伸
李晓光
周冠男
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Abstract

本发明涉及一种用于导叶内环精密修复方法，包括以下步骤：采用正交实验和参数排列组合的方式，根据工艺参数对单道熔覆尺寸的影响确定尺寸控制的工艺途径，压缩喷嘴顶端距离焊缝高度为1.8～2.0mm；焊缝尺寸及变形控制，调节控制压缩喷嘴直径1.0～1.5mm，焊接速度3～6mm/s，焊接电流18～24A；离子气减压阀采用双极减压，输出压力0.35MPa；当修复面积大于25mm2、且最小宽度方向大于5mm时，焊缝层间搭，搭接量为前道焊缝宽度的1/3。本发明方法稳定实现导叶内环修复，减小零件尺寸和结构影响；工艺参数稳定，修复后外观美观，焊缝宽度和热影响区小，焊缝和热影响区组织细腻，焊缝质量好。

Description

一种用于导叶内环精密修复方法
技术领域
本发明涉及一种焊接修复技术，具体地说是一种用于导叶内环精密修复方法。
背景技术
导叶内环主体由高温合金K4169铸造而成，由于其结构复杂，铸造时内部容易产生疏松、气孔等缺陷，受零件结构限制，这些缺陷无法检查出来。铸件进行机械加工，整环钎焊蜂窝，时效热处理，然后机械加工到设计尺寸。最终机加后可能将铸造缺陷暴露于表面。这些暴露出来的铸造缺陷荧光检查不合格。此时零件的尺寸已无加工无余量。采用常规弧焊局部加热修复可能产生液化裂纹，也很容易引起零件变形，尺寸难以控制。针对上述特型零件，补焊时遇到困难。一是零件有蜂窝结构，局部修复，容易引起蜂窝受热变形和钎焊缝相变。常规焊接方法受热面积大，能量输入大，钎焊缝的受热面积扩大，引起蜂窝变形。受热温度提高，钎焊缝组织易发生相变；二是缺陷去除量多，在焊接修复时容易发生基体烧穿；三是零件壳体薄、内腔中空结构，无支撑，零件受热后容易引起局部变形；四是导叶内环在最终状态下修复，尺寸已到设计尺寸，零件已无余量，焊接变形必须控制在零件尺寸公差范围0.1mm以内。
人们希望有效解决上述技术难点，获得一种技术效果良好的导叶内环修复方法。
发明内容
针对现有技术中导叶内环主体采用常规弧焊局部加热修复可能产生液化裂纹，也很容易引起零件变形、尺寸难以控制等不足，本发明要解决的问题是提供一种可稳定实现导叶内环修复、减小零件尺寸和结构影响的一种用于导叶内环精密修复方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种用于导叶内环精密修复方法，包括以下步骤：
采用正交实验和参数排列组合的方式，根据工艺参数对单道熔覆尺寸的影响确定尺寸控制的工艺途径，压缩喷嘴顶端距离焊缝高度为1.8～2.0mm；焊缝尺寸及变形控制，调节控制压缩喷嘴直径1.0～1.5mm，焊接速度3～6mm/s，焊接电流18～24A；
离子气减压阀采用双极减压，输出压力0.35MPa。
当修复面积大于25mm2、且最小宽度方向大于5mm时，焊缝层间搭，搭接量为前道焊缝宽度的1/3。
压缩喷嘴直径为1.5mm，焊接速度为3mm/s，焊接电流为20A。
焊接时填充金属丝平稳连续地送入熔池。
本发明还包括以下步骤：修复前用棉布蘸取丙酮擦拭待修复区，去除油、脂非金属氧化物。
本发明还包括以下步骤：在焊接前增加背面及侧面铜垫块、增大层间停留时间。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明方法稳定实现导叶内环修复，减小零件尺寸和结构影响；工艺参数稳定，修复后外观美观，焊缝宽度和热影响区小，焊缝和热影响区组织细腻，焊缝质量好。
2.本发明采用了一种精密修复方法，减少了液化裂纹的产生，减小零件焊接变形，实现了零件无余量修复。
3.应用本发明方法修复后的导叶内环焊接质量稳定可靠，从根本上解决了铸造工艺受限问题，提高了发动机的安全性，可以拓展到相似结构及材料的薄壁零件补焊修复上，具有广阔的应用空间。
4.应用本发明方法修复的导叶内环具有结合强度高、工作时间长、质量稳定可靠，焊后满足相关质量验收要求。修复后的零件避免了整体报废，操作简单，修复成本低。
附图说明
图1为本发明方法涉及的导叶内环局部示意图；
图2为本发明方法涉及的焊缝金相图片；
图3为本发明方法涉及的零件某处修复前形貌图片；
图4为本发明方法涉及的零件某处修复后形貌图片。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
本发明一种用于导叶内环精密修复方法，采用正交实验和参数排列组合的方式，根据工艺参数对单道熔覆尺寸的影响确定尺寸控制的工艺途径，压缩喷嘴顶端距离焊缝高度为1.8～2.0mm；焊缝尺寸及变形控制，调节控制压缩喷嘴直径1.0～1.5mm，焊接速度3～6mm/s，焊接电流18～24A；导叶内环局部示意图如图1所示。
离子气减压阀采用双极减压，输出压力0.35MPa。
本发明在修复前还进行前处理工艺，包括焊前打磨、补焊修复、目视检查、尺寸测量、荧光检验、机械加工等。修复前用棉布蘸取丙酮擦拭待修复区，去除油、脂等非金属氧化物。在焊接前采用了增加背面及侧面铜垫块、增大层间停留时间的工艺措施，从而提高散热效果。
当修复面积大于25mm2、且最小宽度方向大于5mm时，焊缝层间搭，搭接量为前道焊缝宽度的1/3。
本实施例中，压缩喷嘴顶端距离焊缝高度为2mm。较低的弧长有助于热量集中在缺陷处，减少零件热作用面积。
采用正交实验和参数排列组合的方式，研究工艺参数对单道熔覆尺寸的影响并分析尺寸控制的工艺途径。焊缝尺寸及变形控制，可以调节控制压缩喷嘴直径、焊接速度以及焊接电流。最终确定了采用压缩喷嘴直径1.5mm，焊接速度3mm/s，电流20A作为最佳工艺参数。
离子气减压阀采用双极减压，输出压力0.35MPa，离子气压力过大过小会引起焊接过程不稳定，双极减压阀稳定离子气体流量。
本发明只有在修复面积较大时，需要焊缝搭接。在优化的工艺参数压缩喷嘴直径1.5mm，焊接速度3mm/s，电流20A下，层间搭接量确定为前道焊缝宽度的1/3。为了保证相邻成形轨迹及相邻层间的可靠熔接,填充金属丝平稳连续地被送入熔池,实现了当前轨迹与前一条轨迹以及基体间的可靠熔接。
本实施例中，零件采用微束等离子焊进行修复。微束等离子焊相对于常规弧焊，电流密度高、热输入量小，焊后变形量小，在焊接和修复时效型高温合金材料时，有利于控制焊接热输入量、减少过热倾向，对降低热影响区液化裂纹倾向有明显优势，能精确控制焊接过程，将过热控制到最低限度。同时，微束焊缝比常规弧焊焊缝熔深更深，焊缝更窄、热影响区更小、焊接变形更小。对于加工到尺寸的零件来说，有利于降低变形量，提高零件修复成功率。
压缩喷嘴顶端距离焊缝高度为2mm。较低的弧长有助于热量集中在缺陷处，减少零件热作用面积。离子气减压阀采用双极减压，输出压力0.35MPa，离子气压力过大过小会引起焊接过程不稳定，双极减压阀稳定离子气体流量。
采用正交实验和参数排列组合的方式，研究工艺参数对单道熔覆尺寸的影响并分析尺寸控制的工艺途径。焊缝尺寸及变形控制，可以调节控制压缩喷嘴直径(1.0～1.5mm)、焊接速度(3～6mm/s)以及焊接电流(18～24A)，见表1。
表1微束等离子焊接工艺参数变量对照
在K4169试片上进行正交试验法，选取了5组典型的试验工艺参数见表2。观察焊后焊缝尺寸、焊透情况及变形控制，将典型焊缝成形特征对应的焊接参数记录在表2内。
表2单道正交试验法设定试验方案
A1B1C1、A1B2C2、A2B3C2焊缝偏细，对压缩喷嘴损耗较大，焊缝熔透情况不佳。采用A3B4C3或者A3B4C4参数焊缝正面宽度较宽，焊缝平整，焊缝背面成形质量显著提高，背面熔透明显，变形较小。零件体积大，散热效果比试片好，需要吸收更多的热量来熔化修复处，所以选用了较大电流的A3B4C3参数。至此，采用了固定参数法继续对焊缝宽度和表面成形质量进行试验验证，确定了采用A3B4C3作为最佳工艺参数。即压缩喷嘴直径1.5mm，焊接速度3mm/s，电流20A。
试片修复后金相照片如图2。焊缝及热影响区较小，熔合区为枝状晶，具有明显的方向性。熔合区的焊缝组织为细小的等轴晶，整个焊缝未见晶粒长大，焊缝无明显缺陷。
导叶内环上某处缺陷采用微束等离子修复前、后的形貌，分别如图3、4所示。修复后焊缝成形良好，修复面铺展均匀。重新进行机械加工，并配合手工修磨，经荧光检验未发现任何缺陷显示，零件尺寸也在设计允许的范围内。
选取上述A3B4C3最低热输入与最高焊接速度兼顾的工艺参数，最大限度防止基体过热。在焊接时，送丝时尽量减少熔覆金属量，减少熔合比，降低铸造高温合金焊接时的液化裂纹倾向。

Claims (6)

1.一种用于导叶内环精密修复方法，其特征在于包括以下步骤：
采用正交实验和参数排列组合的方式，根据工艺参数对单道熔覆尺寸的影响确定尺寸控制的工艺途径，压缩喷嘴顶端距离焊缝高度为1.8～2.0mm；焊缝尺寸及变形控制，调节控制压缩喷嘴直径1.0～1.5mm，焊接速度3～6mm/s，焊接电流18～24A；
离子气减压阀采用双极减压，输出压力0.35MPa。
2.按权利要求1所述的用于导叶内环精密修复方法，其特征在于：当修复面积大于25mm2、且最小宽度方向大于5mm时，焊缝层间搭，搭接量为前道焊缝宽度的1/3。
3.按权利要求1所述的用于导叶内环精密修复方法，其特征在于：压缩喷嘴直径为1.5mm，焊接速度为3mm/s，焊接电流为20A。
4.按权利要求1所述的用于导叶内环精密修复方法，其特征在于：焊接时填充金属丝平稳连续地送入熔池。
5.按权利要求1所述的用于导叶内环精密修复方法，其特征在于还包括以下步骤：修复前用棉布蘸取丙酮擦拭待修复区，去除油、脂非金属氧化物。
6.按权利要求1所述的用于导叶内环精密修复方法，其特征在于还包括以下步骤：在焊接前增加背面及侧面铜垫块、增大层间停留时间。
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