CN109719413B - 一种零变形无缺陷焊接控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种零变形无缺陷焊接控制方法，在转轴的端部安装变形监测工装，具体控制过程如下：1)制作变形监测工装，并安装到转轴上；2)预热过程记录温度，并每10分钟记录一次激光显示器在环形标靶上的光标位置，确定焊接起点温度和变形值；3)对转轴上的裂缝进行焊接，焊接一道后，变形量记录；4)微区焊道以振动、锻打变形的方式完全消除步骤3)的变形量；5)采用火焰加热方法进行缺陷检查；6)测温仪测量道间温度到预热温度，重复步骤3)‑5)，直至完成所有焊接量；7)检查确认温度和变形值和开焊前完全一致；8)降温并记录变形量，验证回归值，确认零变形。本申请具有操作简单，控制精准的特点。

Description

一种零变形无缺陷焊接控制方法

技术领域

本发明涉及一种零变形无缺陷焊接控制方法，尤其是涉及一种大型高速精密转子轴裂，属于焊接技术领域。

背景技术

焊接变形一直是大型构件或设备(如大型的电机用的转子轴，以及一些大型设备使用的轨道等)制造过程中的控制难题。由于这类构件的长度很长，经常需要进行分段加工再使用焊接的方式组装或在其使用中发生局部摩擦受损需要补焊的情况，而焊接过程，是一个在热的作用下，金属由冷到热、由固态到液态再到固态、再由热到冷的过程，伴随着复杂的物理化学变化，金属体积、内部应力和过程缺陷均有十分显著的变化。随着这些变化的发生，对构件或设备的精度都产生影响，即使极其细小的偏差，也会使得在距离焊点远的端部发生极大的偏移，导致整个构件或设备的整体精度受到影响，所以焊接变形控制和缺陷控制，具有十分重要的工程意义。

现有的控制焊接变形的方法，大致总结起来有以下方法：(1)预变形控制法，也叫反变形法，通过提前预测变形方向和变形量，进行相反方向变形。焊接后抵消焊接过程变形。该方法使用最为广泛，根据经验，变形能得到一定控制，主要用于低精度要求的构件，一次设定，无法按需调节。(2)变位焊接控制法。通过焊接过程的顺序安排，采用对称或非对称方式，调整焊接变形。该方法有一定的调节空间，但内部残余应力大，构件极不稳定。(3)固定约束法。采用高强度工装固定后焊接，缺点是工装撤出后，残余变形也比较大。(4)焊后校形法。即焊接完毕后，采用机械或局部加热来校正焊接变形。如果时间足够条件允许，可以把变形控制在所需的程度，但成本高，技术难度大。

总之，要把焊接变形控制在极低水平，是十分困难的。因此人们一直在探索各种各样的焊接变形控制方法，也取得了较好的应用效果，但迄今为止没有哪一种方法能够实现焊接零变形控制，同时还能保证零缺陷。

发明内容

本发明针对现有的焊接工艺在大型精密工件上的焊接中总是出现变形的问题，提供一种零变形无缺陷焊接控制方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种零变形无缺陷焊接控制方法，其特殊之处在于，通过焊区远端设置微变形放大测量实时监控装置和焊区温度实时检测，采用微区焊道振动、锻打变形、火焰加热检查的一体化组合工艺，同步调整应力状态、控制焊接变形和消除焊接缺陷。

焊区的远端，主要是指大型的转子轴，需要补焊修复，一端固定，固定段及固定位置距离焊点都近，另一端，没有固定的端，为焊区远端。微区，是指，此类的转子轴磨损的位置都较小，补焊的焊道也很小，所以定义为微区。

在上述技术方案的基础上，本发明为了达到使用的方便以及装备的稳定性，还可以对上述的技术方案作出如下的改进：

改进一，所述的焊接变形和焊区温度，在预热过程、焊接过程、降温过程均全程监控测量。

改进二，所述的一体化组合工艺，是每一条焊道均要进行调整处理，确保温度和变形值回归至焊前值，同时要保证清除焊接处理过程的缺陷，最终实现零变形和无缺陷的焊接质量。

改进三，所述的零变形无缺陷焊接，是通过超声波、磁粉和渗透方法三结合，同时无盲区探伤检查无缺陷。三种常用的探伤方式，组合使用，即在同一时间，同时使用三种探伤的方式进行探伤，为了解决单一的探伤方式可能存在的探伤盲点，造成焊接处内部存在的缺陷没有查出，致使在后续的焊接中无法消除，影响整体的精度。

改进四，所述的微变形放大测量实时监控装置包括加长杆，安装在加长杆端部的激光指示器，以及与激光指示器配合的环形靶标，和对焊接区域进行监测的测温仪，加长杆未安装激光指示器的端部固定到转轴的端部。

改进五，所述的焊区温度实时检测，包括如下的两个过程：

1)预热过程温度、时间、变形量的记录，对焊接区域进行加温预热，并且每10分钟记录一次激光显示器在环形标靶上的光标位置，确定焊接起点温度和变形值；

2)对转轴上的裂缝进行焊接，焊接一道后，测温仪测量焊道温度，激光指示器在环形靶标上指示位置，并记录此温度下激光指示器在靶标上指示位置，即变形量记录；

改进六，所述的采用微区焊道振动、锻打变形、火焰加热检查的一体化组合工艺，微区焊道以振动、锻打变形的方式完全消除改进五中步骤2)的变形量，并观测激光显示器在环形标靶上的光标位置，验证回归步骤1)时的起点温度和变形值；采用火焰加热方法进行缺陷检查，打磨消除叠夹、夹渣、锤击飞边、毛刺，同时温度升高后，局部塑性变形能力增强，有利于均匀化焊接及锤击形变引起的微区拉压残余应力。

改进七，所述的同步调整应力状态、控制焊接变形和消除焊接缺陷，

1)测温仪测量道间温度到预热温度，重复改进五的步骤2)及改进六的步骤，直至完成所有焊接量；

2)检查确认温度和变形值和开焊前完全一致；

3)降温并记录变形量，验证回归值，确认零变形。

为了确认焊接的质量，采用超声波、磁粉及渗透方法三结合，同时探伤检查，确保内部和表面无缺陷。

上述的一体化组合工艺(即采用微区焊道振动、锻打变形、火焰加热检查)，是每一条焊道均要进行调整处理，确保温度和变形值回归至焊前值，同时要保证清除焊接处理过程的缺陷。最终实现零变形和无缺陷的焊接质量。微区焊道是指修改的空间很小。

激光指示器在焊接前，已经在加热的过程中，在环形标靶上记录光标的各个时间点上的位置，在后续的加工中，以记录的位置为参考，以验证是否因为焊接使转轴发生变形。

本发明从焊接变形的本质出发，利用金属塑性变形过程应力应变关系入手，通过锻打形变，消除焊接收缩应力，调整应力状态，从而达到应变状态的自由控制。通过把宏观焊接过程，分解为每个焊道的稳定化单元控制，实现宏观零变形控制，并在这个过程中同步实现焊接零缺陷。

本发明的有益效果是操作简单标准、形变检测灵敏度高，过程应力控制、过程热处理和缺陷火焰直观检查三同时，焊后内部、近表面、表面探伤三结合，缺陷检查无盲区。确保高精度重要部件的焊接、局部焊补后，无变形、无缺陷，完全满足原始图纸技术要求。焊接过程，无需防变形工装约束，也无需反变形或焊后校正。

附图说明

图1为本申请一种零变形无缺陷焊接控制方法的焊接方式的结构式示意图。

附图标记记录如下：1-转子轴，2-支撑，3-焊接区域，4-测温仪，5-加长杆，6-激光指示器，7-环形靶标。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种零变形无缺陷焊接控制方法，通过焊区远端设置微变形放大测量实时监控装置和焊区温度实时检测，采用微区焊道振动、锻打变形、火焰加热检查的一体化组合工艺，同步调整应力状态、控制焊接变形和消除焊接缺陷。

改进一，所述的焊接变形和焊区温度，在预热过程、焊接过程、降温过程均全程监控测量。

改进二，所述的一体化组合工艺，是每一条焊道均要进行调整处理，确保温度和变形值回归至焊前值，同时要保证清除焊接处理过程的缺陷，最终实现零变形和无缺陷的焊接质量。

改进三，所述的零变形无缺陷焊接，是通过超声波、磁粉和渗透方法三结合，同时无盲区探伤检查无缺陷。

改进四，所述的微变形放大测量实时监控装置包括加长杆，安装在加长杆端部的激光指示器，以及与激光指示器配合的环形靶标，和对焊接区域进行监测的测温仪，加长杆未安装激光指示器的端部固定到转轴的端部。

改进五，所述的焊区温度实时检测，包括如下的两个过程：

1)预热过程温度、时间、变形量的记录，对焊接区域进行加温预热，并且每10分钟记录一次激光显示器在环形标靶上的光标位置，确定焊接起点温度和变形值；

2)对转轴上的裂缝进行焊接，焊接一道后，测温仪测量焊道温度，激光指示器在环形靶标上指示位置，并记录此温度下激光指示器在靶标上指示位置，即变形量记录；

改进六，所述的采用微区焊道振动、锻打变形、火焰加热检查的一体化组合工艺，微区焊道以振动、锻打变形的方式完全消除改进五中步骤2)的变形量，并观测激光显示器在环形标靶上的光标位置，验证回归步骤1)时的起点温度和变形值；采用火焰加热方法进行缺陷检查，打磨消除叠夹、夹渣、锤击飞边、毛刺，同时温度升高后，局部塑性变形能力增强，有利于均匀化焊接及锤击形变引起的微区拉压残余应力。

改进七，所述的同步调整应力状态、控制焊接变形和消除焊接缺陷，

1)测温仪测量道间温度到预热温度，重复改进五的步骤2)及改进六的步骤，直至完成所有焊接量；

2)检查确认温度和变形值和开焊前完全一致；

3)降温并记录变形量，验证回归值，确认零变形。

为了确认焊接的质量，采用超声波、磁粉及渗透方法三结合，同时探伤检查，确保内部和表面无缺陷。

以下以如图1所示，以大型高速精密转子轴裂纹补焊为例，包括以下步骤：

1)制作变形监测工装；在转子轴1的一个自由端，点焊固定加长杆5，长度3米以上(视空间)，加长杆5上固定激光指示器6，环形靶标7位于激光指示器6十米外。当然，视精度需要，也可以采用光栅、电阻应变仪或千分表进行变形测量，测温仪4对焊接区域3做实时监测；转子轴1由支撑2支撑，支撑2为常规使用的支撑装置；

2)发明预热过程温度、时间、变形量的记录(10分钟间隔)，寻找出单一温度-热变形量规律，确定焊接起点温度和变形值；在环形靶标7上标出起点；

3)发明焊接一道后变形量记录，用于控制和调整参考；

4)发明微区焊道振动、锻打变形，完全消除步骤3)的变形量，验证回归2)的起点温度和变形值；

5)发明采用火焰加热方法进行缺陷检查，打磨消除叠夹、夹渣、锤击飞边、毛刺，同时均匀化焊接及锤击形变的残余应力；

6)测量道间温度到预热温度，重复步骤3)-5)，直至完成所有焊接量；7)检查确认温度和变形值和开焊前完全一致；

8)降温并记录变形量，验证回归值，确认零变形；

9)超声波+磁粉+渗透方法三结合，同时探伤检查，确保内部和表面无缺陷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种零变形无缺陷焊接控制方法，其特征在于，对大型高速精密转子轴裂纹进行补焊，包括以下步骤：

1）制作变形监测工装；在转子轴（1）的一个自由端，点焊固定加长杆（5），长度3米以上，加长杆（5）上固定激光指示器（6），环形靶标（7）位于激光指示器（6）十米外，测温仪（4）对焊接区域进行实时监测；

2）预热过程，温度、时间、变形量的记录，每10分钟记录一次激光显示器在环形标靶上的光标位置，寻找出单一温度-热变形量规律，确定焊接起点温度和变形值；在环形靶标（7）上标出起点；

3）焊接一道后变形量记录，用于控制和调整参考；

4）微区焊道振动、锻打变形，完全消除步 骤3）的变形量，验证回归2）的起点温度和变形值；

5）采用火焰加热方法进行缺陷检查，打磨消除叠夹、夹渣、锤击飞边、毛刺，同时均匀化焊接及锤击形变的残余应力；

6）测量道间温度到预热温度，重复步骤3）-5），直至完成所有焊接量；

7）检查确认温度和变形值和开焊前完全一致；

8）降温并记录变形量，验证回归值，确认零变形；

9）超声波+磁粉+渗透方法三结合，同时探伤检查，确保内部和表面无缺陷。

2.根据权利要求1所述的零变形无缺陷焊接控制方法，其特征在于，步骤3）中，焊接一道后变形量记录，即对转轴上的裂缝进行焊接，焊接一道后，测温仪测量焊道温度，激光指示器在环形靶标上指示位置，并记录此温度下激光指示器在靶标上指示位置。

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