CN114101913A - 叶片铸件深槽用补焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叶片铸件深槽用补焊方法，首先采用激光焊设备熔化零件的基体以进行打底焊，在不填丝的情况下，使零件的基体材料熔化后向深槽的槽底流动以形成激光焊焊缝，以保证熔透零件的深槽的底部，降低母材稀释率，且由于激光焊能量密度高，热影响区宽度小，热输入小，以减少零件变形，同时零件上深且窄的深槽变为浅且宽的U形槽，便于零件下一步的补焊；然后采用高频氩弧焊对U形槽进行填丝盖面的堆焊，保证足够的堆焊尺寸，以确保零件补焊修复后，零件在后续的机加工中有足够的加工余量，同时高频氩弧焊通过叠加高频电流，收缩电弧，使得电弧能力集中，热量输入低，热影响区更小，焊缝更窄，极大减小零件的变形和开裂，并抑制晶粒长大。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机铸件修补技术领域，特别地，涉及一种航空发动机燃气涡轮导向叶片铸件深槽用补焊方法。
背景技术
航空发动机燃气涡轮导向叶片是发动机的重要组成部分，其结构复杂，特别是封严槽的加工精度要求高，同时封严槽的铸造难度大、工艺流程复杂、生产周期较长且加工成本较高，封严槽一旦出现超差，由于补焊修复困难，容易导致零件报废，损失严重，并降低了发动机的研制生产进度。这是因为导向叶片的封严槽一般为电火花加工，封严槽深且窄，且由于零件已经进行了精加工，对焊接零件变形量控制要求高，需要将流道变形量控制在0.05mm以内，同时零件属于铸件，晶粒多为胞状晶，分布均匀，其焊后晶粒不能过于粗大，而降低其性能。
然而，现有的熔焊方式在不开坡口的情况下无法满足溶深要求，无法溶透零件槽底，而开坡口则焊接填充材料增多，焊接时的热输入也相应增加，进而增大了零件变形量，其焊后晶粒粗大，无法满足零件的焊接质量要求。
发明内容
本发明提供了一种叶片铸件深槽用补焊方法，以解决现有的叶片铸件深槽补焊后零件变形量大且晶粒粗大的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种叶片铸件深槽用补焊方法，包括以下步骤：a、将零件固定于激光焊设备上，沿零件的深槽的长度方向使用激光焊进行溶化零件基体的打底焊，以将零件上的深且窄的深槽变为浅且宽的U形槽；b、将零件固定于高频氩弧焊设备上，沿零件的U形槽的长度方向使用高频氩弧焊进行填丝盖面的堆焊，以完成零件的补焊修复。
进一步地，步骤a之前还包括步骤：首先采用金相砂纸对零件的深槽进行打磨，然后采用丙酮对零件的深槽进行浸泡清洗。
进一步地，步骤a和步骤b之间还包括步骤：首先采用笔试风枪加装砂轮头对零件的激光焊焊缝进行打磨，直至零件的激光焊焊缝露出金属光泽，然后采用丙酮对零件的激光焊焊缝进行浸泡清洗。
进一步地，激光焊设备包括用于固定零件的转台、与转台连接的用于发出激光的激光器、与激光器连接的用于焊接零件的激光焊接头以及与转台连接的用于焊接后水冷的水冷装置。
进一步地，激光焊设备还包括安装于激光焊接头上的用于防止焊接时零件氧化的氩气侧吹装置。
进一步地，步骤a具体包括以下步骤：将零件固定于转台上，激光器发出垂直于零件的用于熔化零件的基体的激光，激光焊接头沿零件的深槽的长度方向使用激光熔化零件的深槽的两侧的基体以进行打底焊，零件上溶化后的基体流动至零件的深槽的槽底，并在冷却后形成激光焊焊缝，以将零件上深且窄的深槽变为浅且宽的U形槽。
进一步地，激光焊或者高频氩弧焊的焊接起始点与焊接结束点之间的距离设为x1，零件的深槽的长度方向的两端之间的距离设为y1，x1-y1＝z1，z1的取值范围为2mm-3mm。
进一步地，高频氩弧焊设备包括用于固定零件的焊接台、用于焊接零件的焊枪、与焊枪连接的用于提供焊接能源的氩弧焊电源以及与焊枪连接的用于提供焊接能源的高频电源，高频电源的频率范围为15000HZ-25000HZ。
进一步地，步骤b具体包括以下步骤：将零件固定于焊接台上，启动氩弧焊电源和高频电源，焊枪沿零件的U形槽的长度方向使用高频氩弧焊进行填丝盖面的堆焊，且焊接过程中沿零件的U形槽的宽度方向摆动焊枪，焊丝溶化后形成高频氩弧焊焊缝，以完成零件的补焊修复。
进一步地，零件上高频氩弧焊焊接后形成的焊缝的高度为x2，零件的基体的表面高度为y2，x2-y2＝z2，z2的取值范围为0.1mm-1mm。。
本发明具有以下有益效果：
本发明的叶片铸件深槽用补焊方法，首先采用激光焊设备熔化零件的基体以进行打底焊，在不填丝的情况下，使零件的基体材料熔化后向深槽的槽底流动以形成激光焊焊缝，以保证熔透零件的深槽的底部，降低母材稀释率，且由于激光焊能量密度高，热影响区宽度小，热输入小，以减少零件变形，同时零件上的深且窄的深槽变为浅且宽的U形槽，便于零件下一步的补焊；然后采用高频氩弧焊对U形槽进行填丝盖面的堆焊，保证足够的堆焊尺寸，以确保零件补焊修复后，零件在后续的机加工中有足够的加工余量，同时高频氩弧焊通过叠加高频电流，收缩电弧，使得电弧能力集中，热量输入低，热影响区更小，焊缝更窄，极大减小零件的变形和开裂，并抑制晶粒长大。本方案先通过激光焊对零件的深槽进行打底焊，以减小零件变形和母材稀释率，并形成浅且宽的U形槽，便于零件下一步的补焊，再通过高频氩弧焊对U形槽进行填丝盖面的堆焊，焊接变形小，同时能抑制晶粒长大，以满足零件的性能要求，同时为零件后续的机加工提供足够的加工余量。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的叶片铸件深槽用补焊方法的步骤框图；
图2是本发明优选实施例的叶片铸件深槽用补焊方法的焊缝金相剖切图；
图3是本发明优选实施例的叶片铸件深槽用补焊方法的熔合线金相剖切图；
图4是本发明优选实施例的叶片铸件深槽用补焊方法的基体热影响区金相剖切图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是本发明优选实施例的叶片铸件深槽用补焊方法的步骤框图；图2是本发明优选实施例的叶片铸件深槽用补焊方法的焊缝金相剖切图；图3是本发明优选实施例的叶片铸件深槽用补焊方法的熔合线金相剖切图；图4是本发明优选实施例的叶片铸件深槽用补焊方法的基体热影响区金相剖切图。
如图1-图4所示，本实施例的叶片铸件深槽用补焊方法，包括以下步骤：a、将零件固定于激光焊设备上，沿零件的深槽的长度方向使用激光焊进行溶化零件基体的打底焊，以将零件上的深且窄的深槽变为浅且宽的U形槽；b、将零件固定于高频氩弧焊设备上，沿零件的U形槽的长度方向使用高频氩弧焊进行填丝盖面的堆焊，以完成零件的补焊修复。具体地，本发明的叶片铸件深槽用补焊方法，首先采用激光焊设备熔化零件的基体以进行打底焊，在不填丝的情况下，使零件的基体材料熔化后向深槽的槽底流动以形成激光焊焊缝，以保证熔透零件的深槽的底部，降低母材稀释率，且由于激光焊能量密度高，热影响区宽度小，热输入小，以减少零件变形，同时零件上深且窄的深槽变为浅且宽的U形槽，便于零件下一步的补焊；然后采用高频氩弧焊对U形槽进行填丝盖面的堆焊，保证足够的堆焊尺寸，以确保零件补焊修复后，零件在后续的机加工中有足够的加工余量，同时高频氩弧焊通过叠加高频电流，收缩电弧，使得电弧能力集中，热量输入低，热影响区更小，焊缝更窄，极大减小零件的变形和开裂，并抑制晶粒长大。本方案先通过激光焊对零件的深槽进行打底焊，以减小零件变形和母材稀释率，并形成浅且宽的U形槽，便于零件下一步的补焊，再通过高频氩弧焊对U形槽进行填丝盖面的堆焊，焊接变形小，同时能抑制晶粒长大，以满足零件的性能要求，同时为零件后续的机加工提供足够的加工余量。应当理解的是，由图2-图4可以看出，采用上述补焊方法时，焊缝、熔合线以及基体热影响区晶粒较为细小，分布较为均匀，补焊后对零件使用性能影响较小，可满足使用要求。
本实施例中，步骤a之前还包括步骤：首先采用金相砂纸对零件的深槽进行打磨，然后采用丙酮对零件的深槽进行浸泡清洗。具体地，由于零件的深槽窄而深，因此需要通过较薄的金相砂纸轻微打磨零件的深槽，以去除其表面的氧化层，同时降低母材稀释率，然后通过去污能力强的丙酮对零件的深槽进行浸泡清洗，由于丙酮具备较强的挥发性，在零件清洗并放置一段时间后，丙酮自然挥发，便于下一步的补焊操作。
本实施例中，步骤a和步骤b之间还包括步骤：首先采用笔试风枪加装砂轮头对零件的激光焊焊缝进行打磨，直至零件的激光焊焊缝露出金属光泽，然后采用丙酮对零件的激光焊焊缝进行浸泡清洗。具体地，由于零件的激光焊焊缝较薄，笔试风枪加装砂轮头便于细微操作，以轻微的打磨激光焊焊缝，以去除激光焊焊缝表面淡黄色的氧化层，同时避免过渡打磨，而提高母材稀释率，然后通过去污能力强的丙酮对零件的激光焊焊缝进行浸泡清洗，由于丙酮具备较强的挥发性，在零件清洗并放置一段时间后，丙酮自然挥发，便于下一步的补焊操作。
本实施例中，激光焊设备包括用于固定零件的转台、与转台连接的用于发出激光的激光器、与激光器连接的用于焊接零件的激光焊接头以及与转台连接的用于焊接后水冷的水冷装置。具体地，通过转台固定零件，再通过激光器和激光焊接头完成零件的补焊，再通过水冷装置快速冷却焊缝，以进行下一步焊接，提高加工效率。可选地，激光器优选为2000W功率YAG激光器。
本实施例中，激光焊设备还包括安装于激光焊接头上的用于防止焊接时零件氧化的氩气侧吹装置。具体地，在激光焊接头焊接零件时，氩气侧吹装置吹出氩气以保护激光焊焊缝，避免激光焊焊缝氧化。
本实施例中，步骤a具体包括以下步骤：将零件固定于转台上，激光器发出垂直于零件的用于熔化零件的基体的激光，激光焊接头沿零件的深槽的长度方向使用激光熔化零件的深槽的两侧的基体以进行打底焊，零件上溶化后的基体流动至零件的深槽的槽底，并在冷却后形成激光焊焊缝，以将零件上深且窄的深槽变为浅且宽的U形槽。具体地，通过对零件采用激光焊进行打底焊，可以在不填丝的情况下，使得零件的基体熔化后向深槽底部流动形成焊缝，达到不填丝熔透窄槽底部的目的，以降低母材稀释率。可选地，激光焊设备具有以下焊接参数，激光模式：连续焊接，激光功率：1100-1400W，焊接速度：6-10mm/s，占空比：100％，预先通气：2-5s，滞后通气：3-10s。
本实施例中，激光焊或者高频氩弧焊的焊接起始点与焊接结束点之间的距离设为x1，零件的深槽的长度方向的两端之间的距离设为y1，x1-y1＝z1，z1的取值范围为2mm-3mm。激光焊或者高频氩弧焊的焊接起始点与焊接结束点之间的距离比零件的深槽的长度方向的两端之间的距离大2mm-3mm。具体地，当z1的取值范围为2mm-3mm之间时，零件的深槽或者U形槽补焊修复顺利，且不会过渡焊接，而降低母材稀释率以及影响后续加工；当z1小于2mm时，零件的深槽或者U形槽存在无法完全修复的风险；当z1大于3mm时，会导致过渡焊接，而降低母材稀释率并影响后续加工。
本实施例中，高频氩弧焊设备包括用于固定零件的焊接台、用于焊接零件的焊枪、与焊枪连接的用于提供焊接能源的氩弧焊电源以及与焊枪连接的用于提供焊接能源的高频电源，高频电源的频率范围为15000HZ-25000HZ。具体地，高频氩弧焊设备通过采用氩弧焊电源和高频电源提高焊接能源，以在进行氩弧焊时叠加高频电流，收缩电弧，使得电弧能力集中，热量输入低，热影响区更小，焊缝更窄，极大减小零件的变形和开裂，并抑制晶粒长大，当高频电源的频率范围为15000HZ-25000HZ之间时，能顺利收缩电弧，使电弧能力集中，同时能耗合适；当高频电源的频率小于15000HZ时，存在无法顺利收缩电弧的风险；当高频电源的频率大于25000HZ时，能耗过高，能源消耗大。
本实施例中，步骤b具体包括以下步骤：将零件固定于焊接台上，启动氩弧焊电源和高频电源，焊枪沿零件的U形槽的长度方向使用高频氩弧焊进行填丝盖面的堆焊，且焊接过程中沿零件的U形槽的宽度方向摆动焊枪，焊丝溶化后形成高频氩弧焊焊缝，以完成零件的补焊修复。具体地，通过对零件的U形槽使用高频氩弧焊进行填丝盖面的堆焊，保证有足够的堆焊尺寸，为确保后续机加工有足够的加工余量，同时焊接过程中沿零件的U形槽的宽度方向摆动焊枪，保证高频氩弧焊焊缝左右两侧熔化均匀，填丝确保焊缝成型饱满且与基体圆滑过度，从而保证零件性能。
本实施例中，零件上高频氩弧焊焊接后形成的焊缝的高度为x2，零件的基体的表面高度为y2，x2-y2＝z2，z2的取值范围为0.1mm-1mm。具体地，当z2的取值范围为0.1mm-1mm之间时，能保证足够的加工余量，且不会有过渡焊接，而延长焊接时间，降低焊接效率；当z2小于0.1mm时，存在无法保证足够的加工余量，而影响零件后续的机加工的风险；当z2大于1mm时，导致过渡焊接而延长了焊接时间，降低了焊接效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种叶片铸件深槽用补焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将零件固定于激光焊设备上，沿零件的深槽的长度方向使用激光焊进行溶化零件基体的打底焊，以将零件上的深且窄的深槽变为浅且宽的U形槽；
b、将零件固定于高频氩弧焊设备上，沿零件的U形槽的长度方向使用高频氩弧焊进行填丝盖面的堆焊，以完成零件的补焊修复。
2.根据权利要求1所述的叶片铸件深槽用补焊方法，其特征在于，步骤a之前还包括步骤：首先采用金相砂纸对零件的深槽进行打磨，然后采用丙酮对零件的深槽进行浸泡清洗。
3.根据权利要求1所述的叶片铸件深槽用补焊方法，其特征在于，步骤a和步骤b之间还包括步骤：首先采用笔试风枪加装砂轮头对零件的激光焊焊缝进行打磨，直至零件的激光焊焊缝露出金属光泽，然后采用丙酮对零件的激光焊焊缝进行浸泡清洗。
4.根据权利要求1所述的叶片铸件深槽用补焊方法，其特征在于，激光焊设备包括用于固定零件的转台、与转台连接的用于发出激光的激光器、与激光器连接的用于焊接零件的激光焊接头以及与转台连接的用于焊接后水冷的水冷装置。
5.根据权利要求4所述的叶片铸件深槽用补焊方法，其特征在于，激光焊设备还包括安装于激光焊接头上的用于防止焊接时零件氧化的氩气侧吹装置。
6.根据权利要求5所述的叶片铸件深槽用补焊方法，其特征在于，步骤a具体包括以下步骤：将零件固定于转台上，激光器发出垂直于零件的用于熔化零件的基体的激光，激光焊接头沿零件的深槽的长度方向使用激光熔化零件的深槽的两侧的基体以进行打底焊，零件上溶化后的基体流动至零件的深槽的槽底，并在冷却后形成激光焊焊缝，以将零件上深且窄的深槽变为浅且宽的U形槽。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的叶片铸件深槽用补焊方法，其特征在于，激光焊或者高频氩弧焊的焊接起始点与焊接结束点之间的距离设为x1，零件的深槽的长度方向的两端之间的距离设为y1，x1-y1＝z1，z1的取值范围为2mm-3mm。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的叶片铸件深槽用补焊方法，其特征在于，高频氩弧焊设备包括用于固定零件的焊接台、用于焊接零件的焊枪、与焊枪连接的用于提供焊接能源的氩弧焊电源以及与焊枪连接的用于提供焊接能源的高频电源，高频电源的频率范围为15000HZ-25000HZ。
9.根据权利要求8所述的叶片铸件深槽用补焊方法，其特征在于，步骤b具体包括以下步骤：将零件固定于焊接台上，启动氩弧焊电源和高频电源，焊枪沿零件的U形槽的长度方向使用高频氩弧焊进行填丝盖面的堆焊，且焊接过程中沿零件的U形槽的宽度方向摆动焊枪，焊丝溶化后形成高频氩弧焊焊缝，以完成零件的补焊修复。
10.根据权利要求9所述的叶片铸件深槽用补焊方法，，其特征在于，零件上高频氩弧焊焊接后形成的焊缝的高度为x2，零件的基体的表面高度为y2，x2-y2＝z2，z2的取值范围为0.1mm-1mm。
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