CN108326508B - 一种钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接技术领域,特别提供一种钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接净成型修复工艺方法。该方法对火焰筒的修复过程为:拆卸火焰筒铆钉,将各零部件分离→喷砂处理→打磨裂纹、烧蚀区及四周→焊接净成型修复→制作涂层→真空热处理→装配,首先对火焰筒进行拆卸,将各部件喷砂处理,并对裂纹、烧蚀区清理打磨;其次采用焊接净成型技术对火焰筒裂纹、烧蚀区修复,修复后对零件进行修磨;接着对工件制作涂层,将火焰筒各部件放在真空炉内热处理,最后装配。本发明可以对火焰筒裂纹、烧蚀区进行有效修复,满足火焰筒的修复需要,提高火焰筒的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域,特别提供一种钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接净成型修复工艺方法。
背景技术
由于火焰筒工作环境特殊,经常受冷热疲劳的反复作用,基体容易产生裂纹、溶蚀等现象。火焰筒成分复杂,其修理技术国内鲜有报道,高昂的修理成本及国外备件供应不及时,长期制约着火焰筒修理任务的顺利完成。
发明内容
本发明的目的是提供一种钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接净成型修复工艺方法,可以对火焰筒裂纹、烧蚀区进行有效修复,满足火焰筒的修复需要,提高火焰筒的使用寿命。
本发明的技术方案是:
一种钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法,火焰筒的修复过程为:拆卸火焰筒铆钉,将各零部件分离→喷砂处理→打磨裂纹、烧蚀区及四周→焊接修复→制作涂层→真空热处理→装配,具体步骤如下:
第一步,拆卸火焰筒铆钉,将各零部件分离;拆卸方法为:先用手柄打磨器,在铆钉上打磨出凹槽,再用钻头钻透铆钉,最后将铆钉剔除,分离零件;
第二步,对工件进行喷砂处理,去除涂层;材料为30~60目金刚砂,气体压力5~10kg;
第三步,设计修复位置的CAD模型并焊接修复;对裂纹、烧蚀区及四周进行清理打磨,用丙酮清洗表面并吹干,采用焊接净成形制造技术对火焰筒裂纹、烧蚀区修复;
第四步,制作涂层;对工件原涂层位置进行喷涂,不喷涂位置进行保护,底层为:JIJ-TC-01镍钴锆铝钽钇粉末,涂层厚度为0.05~0.07mm;面层为:JIJ-TC-02锆钇氧化物粉末,涂层厚度0.05~0.2mm;
第五步,真空热处理,将火焰筒各部件放入真空炉内进行热处理,以5~10℃/s升温至1100~1200℃,保温3~6min,炉冷至950~1000℃,保温3~5h,充氩气强冷,真空度小于10-2Pa;
第六步,装配,将各零件进行装配并安装铆钉;首先制作铆接工装,将铆钉安装后一起铆接。
所述的钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法,火焰筒材质为钴基高温合金,钴基高温合金的化学成分及质量百分比要求具体是:C:0.05~0.15%,Cr:20.0~24.0%,Ni:20.0~24.0%,W:13.0~16.0%,Mn≦1.25%,Fe≦3.0%,Si:4.2~0.5%,S≦0.015%,P≦0.02%,Co:余量。
所述的钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法,采用焊接净成型技术对火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复过程如下:设计修复位置的CAD模型,并对CAD模型进行切片处理,使修复位置的三维立体图变成一系列的二维平面图,第二步数控工作台按照二维平面图扫描轨迹指令运动,采用焊接净成形制造技术,将金属材料熔化与基体材料或先前熔化层冶金结合在一起,焊接用金属材料为JIJ-01镍基材料,其化学成分及质量百分比要求具体是:C:0.05~0.15%;Cr:20.5~23.0%;W:0.20~1.00%;Mo:8.0~10.0%;Fe:17.0~20.0%;Co:0.5~2.50%;Al:≦0.50%;Ti:≦0.15%;Mn:≦1.00%;Si:≦1.00%;S:≦0.015%;P:≦0.025%;B:≦0.010%;Cu:≦0.50%;Ni:余量;焊接修复后修磨成型,进行着色检查,X光检测。
所述的钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法,焊机单点输出能量,金属瞬间产生金属熔滴,过渡到与母材金属接触部位,同时由于等离子电弧的高温作用,呈现出高结合性,基体无需预热,热量瞬间输出,基体无过多的升温,基本无变形、咬边和残余应力。
所述的钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法,JIJ-TC-01镍钴锆铝钽钇粉末的粒度为50~350微米,其化学成分及质量百分比要求具体是,Co:20~30%,Cr:15~25%,Al:5~15%,Ta:1~10%,Y:0.1~5%,余量为Ni。
所述的钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法,JIJ-TC-02锆钇氧化物粉末的粒度为10~150微米,其化学成分及质量百分比要求具体是,Y2O3:5~20%,其余为氧化锆。
所述的钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法,真空热处理中,真空度优选10-3~10-4Pa。
本发明的设计思想是:
焊接净成型制造技术是利用焊接工艺方法产生的高温使金属熔化,通过液态金属过渡(沉积)实现金属材料的连续堆积,优点在于焊接技术本身作为成熟的金属成型加工方法,与先进的CAD技术有机结合产生全新的快速零件加工技术,制造的工件是最终的功能零件,极大缩短制造周期,提高整体工件效率,是一种低成本的直接快速制造功能金属零件技术。
本发明优点及有益效果是:
本发明钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊焊接净成型工艺方法,可以对火焰筒裂纹、烧蚀区进行有效修复,保证焊接烧结技术成型零件优点,能够快速成型高密度金属零件。
附图说明
图1为实施例1火焰筒面层能谱分析。其中,(a)电子图像;(b)能谱图。
图2为实施例1火焰筒底层能谱分析。其中,(a)电子图像;(b)能谱图。
图3为实施例1火焰筒修复前裂纹、烧蚀区示意图。
图4为实施例1火焰筒裂纹、烧蚀区修复后示意图。
具体实施方式
在具体实施过程中,本发明方法对火焰筒的修复过程为:拆卸火焰筒铆钉,将各零部件分离→喷砂处理→打磨裂纹、烧蚀区及四周→焊接净成型修复→制作涂层→真空热处理→装配。首先对火焰筒进行拆卸,将各部件喷砂处理,并对裂纹、烧蚀区进行清理打磨;其次采用焊接净成型技术对火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复,设计修复位置的CAD模型,并对CAD模型进行切片处理,使修复位置的三维立体图变成一系列的二维平面图,第二步数控工作台按照二维平面图扫描轨迹指令运动,将金属材料熔化与基体材料(当熔化第一层时)或先前熔化层(当熔化后续各层时)冶金结合在一起,修复后对零件进行修磨;焊接结束后对工件原涂层位置制作涂层,将火焰筒各部件放在真空炉内热处理,最后装配。
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明:
实施例1
本实施中,火焰筒材质为钴基高温合金,高温合金的化学成分及质量百分比要求具体是:C:0.10%;Cr:22.0%;Ni:22.13%;W:15.80%;Mn:1.04%;Fe:1.76%;Si:3.3%,S≦0.015%,P≦0.02%,Co:余量,钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法如下:
第一步,拆卸火焰筒铆钉,将各零部件分离;拆卸方法为:先用手柄打磨器,在铆钉上打磨出凹槽,再用钻头钻透铆钉,最后将铆钉剔除,分离零件。在图层位置处,切除试样,做材质分析,分析结果如图1、图2。
从图1可以看出,火焰筒的表面图层主要成分是氧化锆。从图2可以看出,火焰筒的内部图层主要成分是镍、铬、铝。
第二步,对工件进行喷砂处理,去除涂层,材料为45目金刚砂,气体压力8kg。
第三步,对裂纹、烧蚀区及四周进行清理打磨,用丙酮清洗表面并吹干,采用焊接净成型技术对火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复,第一步设计修复位置的CAD模型,并对CAD模型进行切片处理,使修复位置的三维立体图变成一系列的二维平面图,第二步数控工作台按照二维平面图扫描轨迹指令运动,将金属材料熔化与基体材料或先前熔化层冶金结合在一起;JIJ-01镍基材料化学成分及质量百分比要求具体是:C:0.10%;Cr:21.6%;W:0.37%;Mo:9.2%;Fe:18.3%;Co:1.34%;Al:0.25%;Ti:0.08%;Mn:0.75%;Si:0.48%;S:0.012%;P:0.016%;B:0.005%;Cu:0.27%;Ni:余量。焊接后修磨成型,进行着色检查,X光检测。
第四步,制作涂层,对工件原涂层位置进行喷涂,不喷涂位置进行保护,底层为:JIJ-TC-01镍钴锆铝钽钇粉末,涂层厚度为0.05~0.07mm,面层为:JIJ-TC-02锆钇氧化物粉末,涂层厚度0.05~0.2mm。
本实施例中,JIJ-TC-01镍钴锆铝钽钇粉末的粒度为100~150微米,其化学成分及质量百分比要求具体是:Co:24%,Cr:18%,Al:11%,Ta:3%,Y:2.7%,余量为Ni。
本实施例中,JIJ-TC-02锆钇氧化物粉末的粒度为50~100微米,其化学成分及质量百分比要求具体是:Y2O3:12%,其余为氧化锆。
第五步,真空热处理,将火焰筒各部件放入真空炉内进行热处理,以7℃/s升温至1150℃,保温5min,炉冷至980℃,保温4h,充氩气强冷,真空度10-3Pa。
第六步,装配,将各零件进行装配并安装铆钉,将铆钉均安装后配合工装铆接。
如图3所示,从火焰筒修复前裂纹、烧蚀区示意图可以看出,火焰筒在使用过程中出现裂纹和烧蚀等缺陷。如图4所示,从火焰筒裂纹、烧蚀区修复后示意图可以看出,采用高能微弧对受损区域进行焊接能够对烧蚀和裂纹区域进行修复。
实施例2
本实施中,火焰筒材质为钴基高温合金,高温合金的化学成分及质量百分比要求具体是:C:0.06%;Cr:23.0%;Ni:20.1%;W:13.0%;Mn:0.47%;Fe:1.8%;Si:0.7%,S≦0.012%,P≦0.01%,Co:余量,钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法如下:
第一步,拆卸火焰筒铆钉,将各零部件分离;拆卸方法为:先用手柄打磨器,在铆钉上打磨出凹槽,再用钻头钻透铆钉,最后将铆钉剔除,分离零件。在图层位置处,切除试样,做材质分析,火焰筒的表面图层主要成分是氧化锆,火焰筒的内部图层主要成分是镍、铬、铝。
第二步,对工件进行喷砂处理,去除涂层,材料为30目金刚砂,气体压力9kg。
第三步,对裂纹、烧蚀区及四周进行清理打磨,用丙酮清洗表面并吹干,采用焊接净成型技术对火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复,第一步设计修复位置的CAD模型,并对CAD模型进行切片处理,使修复位置的三维立体图变成一系列的二维平面图,第二步数控工作台按照二维平面图扫描轨迹指令运动,将金属材料熔化与基体材料或先前熔化层冶金结合在一起;JIJ-01镍基材料化学成分及质量百分比要求具体是:C:0.08%;Cr:22.5%;W:0.26%;Mo:9.5%;Fe:17.2%;Co:2.46%;Al:0.13%;Ti:0.06%;Mn:0.57%;Si:0.36%;S:0.010%;P:0.013%;B:0.006%;Cu:0.18%;Ni:余量。焊接后修磨成型,进行着色检查,X光检测。
第四步,制作涂层,对工件原涂层位置进行喷涂,不喷涂位置进行保护,底层为:JIJ-TC-01镍钴锆铝钽钇粉末,涂层厚度为0.05~0.07mm,面层为:JIJ-TC-02锆钇氧化物粉末,涂层厚度0.05~0.2mm。
本实施例中,JIJ-TC-01镍钴锆铝钽钇粉末的粒度为100~150微米,其化学成分及质量百分比要求具体是:Co:21%,Cr:23%,Al:6%,Ta:8%,Y:0.9%,余量为Ni。
本实施例中,JIJ-TC-02锆钇氧化物粉末的粒度为10~50微米,其化学成分及质量百分比要求具体是:Y2O3:7%,其余为氧化锆。
第五步,真空热处理,将火焰筒各部件放入真空炉内进行热处理,以5℃/s升温至1180℃,保温3min,炉冷至960℃,保温5h,充氩气强冷,真空度10-4Pa。
第六步,装配,将各零件进行装配并安装铆钉,将铆钉均安装后配合工装铆接。
本实施例中,火焰筒在使用过程中出现裂纹和烧蚀等缺陷,采用高能微弧对受损区域进行焊接能够对烧蚀和裂纹区域进行修复。
实施例3
本实施中,火焰筒材质为钴基高温合金,高温合金的化学成分及质量百分比要求具体是:C:0.13%;Cr:21.5%;Ni:23.8%,W:15.3%;Mn:0.27%;Fe:0.6%;Si:4.1%,S≦0.014%,P≦0.02%,Co:余量,钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法如下:
第一步,拆卸火焰筒铆钉,将各零部件分离;拆卸方法为:先用手柄打磨器,在铆钉上打磨出凹槽,再用钻头钻透铆钉,最后将铆钉剔除,分离零件。在图层位置处,切除试样,做材质分析,火焰筒的表面图层主要成分是氧化锆,火焰筒的内部图层主要成分是镍、铬、铝。
第二步,对工件进行喷砂处理,去除涂层,材料为60目金刚砂,气体压力6kg。
第三步,对裂纹、烧蚀区及四周进行清理打磨,用丙酮清洗表面并吹干,采用焊接净成型技术对火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复,第一步设计修复位置的CAD模型,并对CAD模型进行切片处理,使修复位置的三维立体图变成一系列的二维平面图,第二步数控工作台按照二维平面图扫描轨迹指令运动,将金属材料熔化与基体材料或先前熔化层冶金结合在一起;JIJ-01镍基材料化学成分及质量百分比要求具体是:C:0.13%;Cr:20.7%;W:0.77%;Mo:8.4%;Fe:19.7%;Co:0.86%;Al:0.28%;Ti:0.12%;Mn:0.55%;Si:0.32%;S:0.011%;P:0.015%;B:0.007%;Cu:0.45%;Ni:余量。焊接后修磨成型,进行着色检查,X光检测。
第四步,制作涂层,对工件原涂层位置进行喷涂,不喷涂位置进行保护,底层为:JIJ-TC-01镍钴锆铝钽钇粉末,涂层厚度为0.05~0.07mm,面层为:JIJ-TC-02锆钇氧化物粉末,涂层厚度0.05~0.2mm。
本实施例中,JIJ-TC-01镍钴锆铝钽钇粉末的粒度为100~150微米,其化学成分及质量百分比要求具体是:Co:28%,Cr:16%,Al:13%,Ta:2%,Y:3.5%,余量为Ni。
本实施例中,JIJ-TC-02锆钇氧化物粉末的粒度为40~100微米,其化学成分及质量百分比要求具体是:Y2O3:18%,其余为氧化锆。
第五步,真空热处理,将火焰筒各部件放入真空炉内进行热处理,以9℃/s升温至1120℃,保温6min,炉冷至970℃,保温3h,充氩气强冷,真空度10-4Pa。
第六步,装配,将各零件进行装配并安装铆钉,将铆钉均安装后配合工装铆接。
本实施例中,火焰筒在使用过程中出现裂纹和烧蚀等缺陷,采用高能微弧对受损区域进行焊接能够对烧蚀和裂纹区域进行修复。
实施例结果表明,本发明可以对火焰筒裂纹、烧蚀区进行有效修复,满足火焰筒的修复需要,提高火焰筒的使用寿命。
Claims (7)
1.一种钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法,其特征在于,火焰筒的修复过程为:拆卸火焰筒铆钉,将各零部件分离→喷砂处理→打磨裂纹、烧蚀区及四周→焊接修复→制作涂层→真空热处理→装配,具体步骤如下:
第一步,拆卸火焰筒铆钉,将各零部件分离;拆卸方法为:先用手柄打磨器,在铆钉上打磨出凹槽,再用钻头钻透铆钉,最后将铆钉剔除,分离零件;
第二步,对工件进行喷砂处理,去除涂层;材料为30~60目金刚砂,气体压力5~10kg;
第三步,设计修复位置的CAD模型并焊接修复;对裂纹、烧蚀区及四周进行清理打磨,用丙酮清洗表面并吹干,采用焊接净成形制造技术对火焰筒裂纹、烧蚀区修复;
第四步,制作涂层;对工件原涂层位置进行喷涂,不喷涂位置进行保护,底层为:JIJ-TC-01镍钴锆铝钽钇粉末,涂层厚度为0.05~0.07mm;面层为:JIJ-TC-02锆钇氧化物粉末,涂层厚度0.05~0.2mm;
第五步,真空热处理,将火焰筒各部件放入真空炉内进行热处理,以5~10℃/s升温至1100~1200℃,保温3~6min,炉冷至950~1000℃,保温3~5h,充氩气强冷,真空度小于10- 2Pa;
第六步,装配,将各零件进行装配并安装铆钉;首先制作铆接工装,将铆钉安装后一起铆接。
2.根据权利要求1所述的钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法,其特征在于,火焰筒材质为钴基高温合金,钴基高温合金的化学成分及质量百分比要求具体是:C:0.05~0.15%,Cr:20.0~24.0%,Ni:20.0~24.0%,W:13.0~16.0%,Mn≦1.25%,Fe≦3.0%,Si:4.2~0.5%,S≦0.015%,P≦0.02%,Co:余量。
3.根据权利要求1所述的钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法,其特征在于,采用焊接净成型技术对火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复过程如下:设计修复位置的CAD模型,并对CAD模型进行切片处理,使修复位置的三维立体图变成一系列的二维平面图,第二步数控工作台按照二维平面图扫描轨迹指令运动,采用焊接净成形制造技术,当熔化第一层金属材料时,将金属材料熔化与基体材料冶金结合在一起,当熔化后续各层金属材料时,将金属材料熔化与先前熔化层冶金结合在一起;焊接用金属材料为JIJ-01镍基材料,其化学成分及质量百分比要求具体是:C:0.05~0.15%;Cr:20.5~23.0%;W:0.20~1.00%;Mo:8.0~10.0%;Fe:17.0~20.0%;Co:0.5~2.50%;Al:≦0.50%;Ti:≦0.15%;Mn:≦1.00%;Si:≦1.00%;S:≦0.015%;P:≦0.025%;B:≦0.010%;Cu:≦0.50%;Ni:余量;焊接修复后修磨成型,进行着色检查,X光检测。
4.根据权利要求3所述的钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法,其特征在于,焊机单点输出能量,金属瞬间产生金属熔滴,过渡到与母材金属接触部位,同时由于等离子电弧的高温作用,呈现出高结合性,基体无需预热,热量瞬间输出,基体无过多的升温,基本无变形、咬边和残余应力。
5.根据权利要求1所述的钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法,其特征在于,JIJ-TC-01镍钴锆铝钽钇粉末的粒度为50~350微米,其化学成分及质量百分比要求具体是,Co:20~30%,Cr:15~25%,Al:5~15%,Ta:1~10%,Y:0.1~5%,余量为Ni。
6.根据权利要求1所述的钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法,其特征在于,JIJ-TC-02锆钇氧化物粉末的粒度为10~150微米,其化学成分及质量百分比要求具体是,Y2O3:5~20%,其余为氧化锆。
7.根据权利要求1所述的钴基高温合金火焰筒裂纹、烧蚀区焊接修复工艺方法,其特征在于,真空热处理中,真空度优选10-3~10-4Pa。
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