CN109514113A - 一种用于Invar合金材料焊接的反变形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于Invar合金材料焊接的反变形方法，焊接母材Invar合金板，厚度19.05mm，开60°V型坡口，钝边厚度1mm，间距1mm；Invar合金模具放置在焊接平台上，另一端与薄钢片接触，并与焊接平台呈φ＝4.6°的夹角以消除焊后变形；装夹完成后开展4层9道焊接试验。本发明针对Invar合金厚板模具成型所采用的多层多道焊接，焊后变形严重的问题，通过焊前预设反变形角度获得了焊缝成形良好、无明显焊接变形的接头，为以后模具生产及应用奠定了坚实的基础。

Description

一种用于Invar合金材料焊接的反变形方法
技术领域
本发明涉及一种用于Invar合金材料焊前反变形方法，属于镍基合金焊接变形控制技术领域。
背景技术
复合材料由于比重小、强度高、疲劳性能好等一系列优点，应用于航空航天产品中能够带来减轻机体结构、延长维护间隔和降低运营成本等综合效益，因此成为大型飞机制造的关键材料之一。复材零件是在模具中进行复合并最终成型的，且成型后的零件外型面不再做任何加工，这就对模具材料提出了一定的要求：变化温度下的稳定性、与复合材料相一致的热膨胀系数、真空环境中良好的稳固性和低制造成本等。Invar合金因其低的膨胀系数，良好的变温稳定性和低制造成本，成为模具制造的重要材料之一。
Invar合金厚板模具成型所采用的多层多道焊接，焊后变形严重，矫形十分困难。常见的变形控制方法如刚性固定法、随焊冷却法、焊后矫正法等无法适应需求。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了.一种用于Invar合金材料焊接的反变形方法，而反变形法通过灵活选择预留角度可以减小至消除焊后角变形，同时大大降低焊后残余应力，因而是控制厚板多层多道焊焊后变形的最佳选择。
一种用于Invar合金材料焊接的反变形方法，所述的Invar合金材料厚度为19.05mm，其特征在于：包括薄钢片、紫铜棒、柔性夹具，对焊的Invar合金材料采用60°V型坡口，并放置在焊接平台上，两片同样厚度的薄钢片分别垫在Invar合金材料下使Invar合金材料开坡口一侧向上弓起与焊接平台成反变形角，紫铜棒固定在焊接平台之上，焊缝之下；柔性夹具将压紧Invar合金材料压紧在焊接平台上；焊接采用4层9道填充，焊接路径为直线贯通焊，焊接方向依次交替向前。根据本发明材料厚度，反变形角为φ＝4.6°。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种用于Invar合金模具多层多道焊接的反变形策略，使焊后的Invar合金模具的焊缝成型美观，无明显飞溅、咬边、夹渣等缺陷，焊缝总深宽比大，且变形量较小，保证模具的高精度。本发明工艺克服了采用传统电弧焊接厚板Invar合金时存在的焊后变形大，焊缝成型不良等缺点，为提高Invar合金焊接接头力学性能、改善焊后变形奠定了基础。
附图说明
图1 Invar合金材料焊接装夹位置整体示意图
图2 Invar合金材料焊接装夹位置正视图
图3 Invar合金材料焊后效果图
图中编号说明：1－焊接平台；2－Invar合金板；3－柔性夹具；4－薄钢片；5－紫铜棒；6－反变形角。
具体实施方式：
本发明提供一种用于Invar合金材料焊接的反变形方法，为使本发明的目的和技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作近一步的详细描述。
焊接母材选用Ni含量为35.87％的Invar合金板2，尺寸为100mm×50mm×19.05mm，开60°V型坡口，钝边厚度1mm，间距1mm；焊丝为Invar M93，Ni含量35.87％，直径1.2mm。99.9％Ar气氛流量为15L/min；焊接设备为KUKA机器人KR30HA、TPS－5000福尼斯焊机；焊前对坡口附近进行精细打磨，去除试样表面残留的铁锈等杂质，使用丙酮擦拭、清洗试样，去除残余油污以确保试样表面清洁；之后进行焊接轨迹的示教与参数的设置，具体参数如下：
进一步的，所述两块要焊接的Invar合金板2放置在焊接平台1上，采用60°V型坡口，并放置在焊接平台上，两片同样厚度的薄钢片4分别垫在Invar合金材料下，使Invar合金板2开坡口一侧向上弓起并与焊接平台1成一角度，根据薄钢片4的高度与焊件的实际长度、宽度以及坡口角度的函数关系，推算出本次焊接试验薄钢片的高度为4.2mm，与焊接平台呈φ＝4.6°的夹角，也就是预留出的反变形角6，如图1和图2所示。
进一步的，所述紫铜棒固定在焊接平台之上，焊缝之下，且靠近钝边位置，其作用是防止焊接时液态金属由于自身的重力而泄漏到焊接平台上，造成焊缝填充不足的危害。
进一步的，所述柔性夹具装夹在焊件表面的4个不同位置，精确控制焊件位置，可有效防止焊接变形。
进一步的，在进行下一道焊接之前，均需要用气铲清除前一层焊缝所产生的焊渣。
焊后的变形图如图3所示，可以发现焊缝表面成形稳定，未出现飞溅、咬边等缺陷，且当预设反变形角φ＝4.6°时，变形角度仅为0.31°，有效控制了焊后产生的变形。
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作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于Invar合金材料焊接的反变形方法，所述的Invar合金材料厚度为19.05mm，其特征在于：包括薄钢片、紫铜棒、柔性夹具，对焊的Invar合金材料采用60°V型坡口，并放置在焊接平台上，两片同样厚度的薄钢片分别垫在Invar合金材料下使Invar合金材料开坡口一侧向上弓起与焊接平台成反变形角，紫铜棒固定在焊接平台之上，焊缝之下；柔性夹具将压紧Invar合金材料压紧在焊接平台上；焊接采用4层9道填充，焊接路径为直线贯通焊，焊接方向依次交替向前。
2.根据权利要求1所述的一种用于Invar合金材料焊接的反变形方法，其特征在于：所述反变形角为φ＝4.6°。
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