CN109175656A - 一种电子束熔块修复高强钢缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电子束熔块修复高强钢缺陷的方法,属于修复领域。本发明采用块体填充的方式会大大降低修复的成本,填充块相对于粉末和焊丝能够快速获得,并且获得成本低,材料的利用率高,修复后的性能能够达到使用要求。且电子束修复相比于传统的熔焊具有能量密度高,焊接速度快,热影响区窄,焊接变形小的优点,同时电子束焊接的原理也决定了其能量利用率高,能够达到90%,且电子束焊接是在真空下完成的,可以防止焊缝金属受到氢、氧、氮等有害气体的污染。
Description
技术领域
本发明涉及合金修复技术领域,尤其涉及一种电子束熔块修复高强钢缺陷的方法。
背景技术
高强结构钢以其优良的综合力学性能而被广泛应用于国民经济的各个领域。由于高强钢本身的特点以及它的服役条件,决定了它常常会由于应力腐蚀和疲劳以及外来物的冲击等,导致目前的高强钢结构很容易产生裂纹和损伤。对于高强钢金属构件来说这些损伤和裂纹肯定会影响其使用寿命。如何延长高强钢金属构件的使用寿命,一直是学者们广泛关注的课题。
目前常见的焊接修复方法有手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、等离子弧焊、激光焊等方法。然而,传统的堆焊修复工艺受工人操作技术水平影响较大,很难保证堆焊修复层的质量稳定性;同时传统的熔化焊修复会带来很大的热输入,焊接温度较高,易引起金相组织的变化。过大的热输入会导致热影响区较宽,强度损失也越严重。激光送粉修复是当前研究较为集中的修复方法,而目前采用的较多的激光外侧向送粉工艺的粉末利用率只有10%-20%左右,理想状态下能达到30%。而激光能量利用率也较低,据大量文献研究表明,约为10%左右。
发明内容
鉴于此,本发明的目的在于提供一种电子束熔块修复高强钢缺陷的方法。本发明采用块体填充的方式,通过电子束多道次修复,达到快速高效低成本修复的目的。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
一种电子束熔块修复高强钢缺陷的方法,包括以下步骤:
机械加工将待修复高强钢基材待修复区域的缺陷体去除,然后加工成规则的凹槽,用砂纸去除所述待修复高强钢基材表面的氧化层,然后用丙酮擦拭,吹干待用;
从其他锻件上取出填充块,并将所述填充块预置在所述凹槽中,所述填充块与所述凹槽形成过盈配合且预置在所述凹槽中后比所述待修复高强钢基材表面高,所述其他锻件与所述待修复高强钢基材的组成和含量相同;
在所述待修复高强钢基材表面进行单道熔覆试验,确定在不同修复深度下的工艺参数、在不同修复深度处的熔宽和电子束修复道间偏移间距;
对所述待修复区域进行多道次修复,修复完成后通过机械加工的方法将表面打磨平整;
对修复后的零件进行热处理。
优选地,所述填充块预置在所述凹槽中后比所述待修复高强钢基材表面高0.3~0.7mm。
优选地,所述过盈配合的公差等级为IT2。
优选地,当所述修复区域为2mm深,6mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述凹槽的宽度方向尺寸为5.9~6mm,所述填充块的宽度方向的尺寸为6~6.1mm。
优选地,当所述待修复区域为2mm深,5mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述单道熔覆条件为:电子束加速电压60KV,聚焦电流504mA,电子束流18mA,焊接速度1200mm/min;
当所述电子束修复道间偏移间距为0.5mm时,所述多道次修复的修复道次不小于11道。
优选地,当所述待修复区域为2mm深,3mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述单道熔覆条件为:电子束加速电压60KV,聚焦电流504mA,电子束流18mA,焊接速度1200mm/min;
当所述电子束修复道间偏移间距为0.5mm时,所述多道次修复的修复道次不小于7道。
优选地,当所述待修复区域为5mm深,9mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述单道熔覆条件为:电子束加速电压60KV,聚焦电流504mA,电子束流35mA,焊接速度450mm/min;
当所述电子束修复道间偏移间距为0.8mm时,所述多道次修复的修复道次不小于12道。
优选地,当所述待修复区域为5mm深,16mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述单道熔覆条件为:电子束加速电压60KV,聚焦电流504mA,电子束流35mA,焊接速度450mm/min;
当所述电子束修复道间偏移间距为0.8mm时,所述多道次修复的修复道次不小于20道。
优选地,当所述待修复区域为34CrNiMo6高强钢时,所述热处理包括830℃保温1h后油冷至室温,然后在540℃保温2h后空冷。
本发明提供了一种电子束熔块修复高强钢缺陷的方法,机械加工将待修复高强钢基材待修复区域的缺陷体去除,然后加工成规则的凹槽,用砂纸去除所述待修复高强钢基材表面的氧化层,然后用丙酮擦拭,吹干待用;从其他锻件上取出填充块,并将所述填充块预置在所述凹槽中,所述填充块与所述凹槽形成过盈配合且预置在所述凹槽中后比所述待修复高强钢基材表面高,所述其他锻件与所述待修复高强钢基材的组成和含量相同;在所述待修复高强钢基材表面进行单道熔覆试验,确定在不同修复深度下的工艺参数、在不同修复深度处的熔宽和电子束修复道间偏移间距;对所述待修复区域进行多道次修复,修复完成后通过机械加工的方法将表面打磨平整;对修复后的零件进行热处理。本发明采用块体填充的方式会大大降低修复的成本,填充块相对于粉末和焊丝能够快速获得,并且获得成本低,材料的利用率高,修复后的性能能够达到使用要求。且电子束修复相比于传统的熔焊具有能量密度高,焊接速度快,热影响区窄,焊接变形小的优点,同时电子束焊接的原理也决定了其能量利用率高,能够达到90%,且电子束焊接是在真空下完成的,可以防止焊缝金属受到氢、氧、氮等有害气体的污染。实施例的结果表明,采用本发明的修复方法得到的高强钢的抗拉强度能够达到母材的81~86%,且修复的速度高达1200mm/min,修复效率高,适合作为螺旋桨轴、连杆、齿轮轴、重型锻件、转子和圆盘的快速高效低成本修复。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的电子束熔块修复高强钢缺陷的方法的操作示意图,图中1为电子束发生器、2为电子束、3为填充块、4为待修复高强钢基材;
图2为待修复基材与填充块的装配示意图;
图3为实施例1修复后高强钢的表面和横截面宏观形貌图;
图4为实施例1修复后高强钢的修复区横截面硬度图。
具体实施方式
本发明提供了一种电子束熔块修复高强钢缺陷的方法,包括以下步骤:
机械加工将待修复高强钢基材待修复区域的缺陷体去除,然后加工成规则的凹槽,用砂纸去除所述待修复高强钢基材表面的氧化层,然后用丙酮擦拭,吹干待用;
从其他锻件上取出填充块,并将所述填充块预置在所述凹槽中,所述填充块与所述凹槽形成过盈配合且预置在所述凹槽中后比所述待修复高强钢基材表面高,所述其他锻件与所述待修复高强钢基材的组成和含量相同;
在所述待修复高强钢基材表面进行单道熔覆试验,确定在不同修复深度下的工艺参数、在不同修复深度处的熔宽和电子束修复道间偏移间距;
对所述待修复区域进行多道次修复,修复完成后通过机械加工的方法将表面打磨平整;
对修复后的零件进行热处理。
本发明采用机械加工将待修复高强钢基材待修复区域的缺陷体去除,然后加工成规则的凹槽,用砂纸去除所述待修复高强钢基材表面的氧化层,然后用丙酮擦拭,吹干待用。本发明对所述机械加工、砂纸去除和丙酮擦拭的具体方法没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的方式即可。本发明对所述待修复高强钢基材的种类没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的高强钢基材即可,具体的,如34CrNiMo6高强钢。
本发明从其他锻件上取出填充块,并将所述填充块预置在所述凹槽中,所述填充块与所述凹槽形成过盈配合且预置在所述凹槽中后比所述待修复高强钢基材表面高,所述其他锻件与所述待修复高强钢基材的组成和含量相同。在本发明中,所述填充块预置在所述凹槽中后比所述待修复高强钢基材表面优选高0.3~0.7mm,更优选为0.5mm。
在本发明中,所述过盈配合的公差等级优选为IT2。
在本发明中,当所述修复区域为2mm深,6mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述凹槽的宽度方向尺寸优选为5.9~6mm,所述填充块的宽度方向的尺寸优选为6~6.1mm。
本发明在所述待修复高强钢基材表面进行单道熔覆试验,确定在不同修复深度下的工艺参数、在不同修复深度处的熔宽和电子束修复道间偏移间距。在本发明中,使用电子束发生器进行单道熔覆试验。
得到不同修复深度下的工艺参数、在不同修复深度处的熔宽和电子束修复道间偏移间距后,本发明对所述待修复区域进行多道次修复,修复完成后通过机械加工的方法将表面打磨平整。在本发明中,使用电子束发生器进行多道次修复。
在本发明中,当所述待修复区域为2mm深,5mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述单道熔覆条件优选为:电子束加速电压60KV,聚焦电流504mA,电子束流18mA,焊接速度1200mm/min;
当所述电子束修复道间偏移间距为0.5mm时,所述多道次修复的修复道次不小于11道。
在本发明中,当所述待修复区域为2mm深,3mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述单道熔覆条件优选为:电子束加速电压60KV,聚焦电流504mA,电子束流18mA,焊接速度1200mm/min;
当所述电子束修复道间偏移间距为0.5mm时,所述多道次修复的修复道次不小于7道。
在本发明中,当所述待修复区域为5mm深,9mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述单道熔覆条件优选为:电子束加速电压60KV,聚焦电流504mA,电子束流35mA,焊接速度450mm/min;
当所述电子束修复道间偏移间距为0.8mm时,所述多道次修复的修复道次不小于12道。
在本发明中,当所述待修复区域为5mm深,16mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述单道熔覆条件优选为:电子束加速电压60KV,聚焦电流504mA,电子束流35mA,焊接速度450mm/min;
当所述电子束修复道间偏移间距为0.8mm时,所述多道次修复的修复道次不小于20道。
本发明对机械加工将表面打磨平整的具体方式没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知方式即可。
打磨完成后,本发明对修复后的零件进行热处理。在本发明中,所述热处理优选包括830℃保温1h后油冷至室温,然后在540℃保温2h后空冷。
本发明对所述升温至所述热处理温度的升温速率没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的升温速率即可。
下面结合实施例对本发明提供的电子束熔块修复高强钢缺陷的方法进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
图1为本发明提供的电子束熔块修复高强钢缺陷的方法的操作示意图,图中1为电子束发生器、2为电子束、3为填充块、4为待修复高强钢基材。
实施例1:
采用锻态的34CrNiMo6钢作为实验材料。首先在尺寸为100×50×5mm的钢板表面切割出如图2所示的凹槽与对应的填充块,图2为待修复基材与填充块的装配示意图。用砂纸将凹槽和填充块表面打磨干净,以去除表面锈迹。随后用丙酮擦拭凹槽以及填充块,吹干待用。将填充块装配入凹槽中。将装配好的待修复件固定在电子束焊机的真空室中的工作平台上,待修复件底部垫铜板以促进散热。电子束的加速电压为60KV,电子束为表面聚焦,聚焦电流为504mA,电子束流为18mA,修复速度为1200mm/min,道间偏移间距为0.5mm,经过830℃保温1h+540℃保温2h空冷的热处理。
图3为实施例1修复后高强钢的表面和横截面宏观形貌图。图4为实施例1修复后高强钢的修复区横截面硬度图。修复区的显微硬度的平均值为340HV左右,修复区的抗拉强度为829MPa,达到基材的86%。
修复后的抗拉强度能够达到母材的86%,这是其他的焊接修复方法所无法比拟的。修复的速度达到1200mm/min,不到30s就可以修复完成。
实施例2:
与实施例1相同,区别仅在于板厚为5mm,槽深为2mm,槽宽为3mm,电子束的加速电压为60KV,电子束为表面聚焦,聚焦电流为504mA,电子束流为18mA,修复速度为1200mm/min,道间偏移间距为0.5mm,修复道次为7道。在此工艺参数下,修复区的抗拉强度为840MPa,达到基材的88%。
实施例3
与实施例1相同,区别仅在于板厚为10mm,槽深为5mm,槽宽为9mm,电子束的加速电压为60KV,电子束为表面聚焦,聚焦电流为504mA,电子束流为35mA,修复速度为450mm/min,道间偏移间距为0.8mm,修复道次为12道。在此工艺参数下,修复区的抗拉强度为816MPa,达到基材的86%。
实施例4
与实施例1相同,区别仅在于板厚为10mm,槽深为5mm,槽宽为16mm,电子束的加速电压为60KV,电子束为表面聚焦,聚焦电流为504mA,电子束流为35mA,修复速度为450mm/min,道间偏移间距为0.8mm,修复道次为20道,未经热处理修复区的抗拉强度为773MPa,达到基材的81%,经过热处理后抗拉强度达到了1000MPa。
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,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润色,这些改进和润色也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种电子束熔块修复高强钢缺陷的方法,包括以下步骤:
机械加工将待修复高强钢基材待修复区域的缺陷体去除,然后加工成规则的凹槽,用砂纸去除所述待修复高强钢基材表面的氧化层,然后用丙酮擦拭,吹干待用;
从其他锻件上取出填充块,并将所述填充块预置在所述凹槽中,所述填充块与所述凹槽形成过盈配合且预置在所述凹槽中后比所述待修复高强钢基材表面高,所述其他锻件与所述待修复高强钢基材的组成和含量相同;
在所述待修复高强钢基材表面进行单道熔覆试验,确定在不同修复深度下的工艺参数、在不同修复深度处的熔宽和电子束修复道间偏移间距;
对所述待修复区域进行多道次修复,修复完成后通过机械加工的方法将表面打磨平整;
对修复后的零件进行热处理。
2.根据权利要求1所述的修复方法,其特征在于,所述填充块预置在所述凹槽中后比所述待修复高强钢基材表面高0.3~0.7mm。
3.根据权利要求1或2所述的修复方法,其特征在于,所述过盈配合的公差等级为IT2。
4.根据权利要求3所述的修复方法,其特征在于,当所述修复区域为2mm深,6mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述凹槽的宽度方向尺寸为5.9~6mm,所述填充块的宽度方向的尺寸为6~6.1mm。
5.根据权利要求1所述的修复方法,其特征在于,当所述待修复区域为2mm深,5mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述单道熔覆条件为:电子束加速电压60KV,聚焦电流504mA,电子束流18mA,焊接速度1200mm/min;
当所述电子束修复道间偏移间距为0.5mm时,所述多道次修复的修复道次不小于11道。
6.根据权利要求1所述的修复方法,其特征在于,当所述待修复区域为2mm深,3mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述单道熔覆条件为:电子束加速电压60KV,聚焦电流504mA,电子束流18mA,焊接速度1200mm/min;
当所述电子束修复道间偏移间距为0.5mm时,所述多道次修复的修复道次不小于7道。
7.根据权利要求1所述的修复方法,其特征在于,当所述待修复区域为5mm深,9mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述单道熔覆条件为:电子束加速电压60KV,聚焦电流504mA,电子束流35mA,焊接速度450mm/min;
当所述电子束修复道间偏移间距为0.8mm时,所述多道次修复的修复道次不小于12道。
8.根据权利要求1所述的修复方法,其特征在于,当所述待修复区域为5mm深,16mm宽的34CrNiMo6高强钢时,所述单道熔覆条件为:电子束加速电压60KV,聚焦电流504mA,电子束流35mA,焊接速度450mm/min;
当所述电子束修复道间偏移间距为0.8mm时,所述多道次修复的修复道次不小于20道。
9.根据权利要求1所述的修复方法,其特征在于,当所述待修复区域为34CrNiMo6高强钢时,所述热处理包括830℃保温1h后油冷至室温,然后在540℃保温2h后空冷。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190111 |