本發(fā)明涉及金屬焊接領(lǐng)域，特別涉及一種冷卻補(bǔ)焊方法。

背景技術(shù)：

鈦合金鑄件由于經(jīng)常用于航空航天以及其他宇航類產(chǎn)品上，經(jīng)常存在表面不得有裂紋，內(nèi)部不得存在高密、低密夾雜、裂紋、氣孔等要求。因此鈦合金的清理缺陷工序，大部分集中在針對(duì)表面非穿透性的凹坑進(jìn)行補(bǔ)焊。補(bǔ)焊時(shí)，不但需將凹坑重新填平，保證外觀合格，同時(shí)對(duì)焊接質(zhì)量特別是焊接變形量也有非常嚴(yán)格的要求。部分缺陷較多的鈦合金鑄件，在進(jìn)行補(bǔ)焊時(shí)，由于焊接內(nèi)應(yīng)力的存在，非常容易產(chǎn)生變形，造成尺寸的超差進(jìn)而報(bào)廢。因此，鈦合金的補(bǔ)焊接工藝中，如何將鑄件的變形量控制精細(xì)，使其盡可能微小，進(jìn)而符合航空航天領(lǐng)域產(chǎn)品的要求，是技術(shù)的重中之重。

申請(qǐng)?zhí)枮?3119343.9的專利文件提供了一種薄壁零件在激光熔覆、熱噴涂及焊接加工中的局部高效冷卻方法，該方法的主要技術(shù)方案為，采用冷卻金屬與薄壁零件待加工面的背面機(jī)械接觸，從而實(shí)現(xiàn)零件的局部高效冷卻。該技術(shù)在一定程度上能夠避免在加工時(shí)薄壁零件因過(guò)度受熱而產(chǎn)生局部的過(guò)燒、燒穿和變形情況，但冷卻金屬由于是局部貼附，只能對(duì)零件的局部進(jìn)行快速冷卻，因此能控制變形的面積受冷卻金屬的面積所限，并不能大面積地防止薄壁零件變形，因此，此方案最后得到的薄壁零件整體尺寸變量仍相對(duì)較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為解決以上問(wèn)題，本發(fā)明提供一種冷卻補(bǔ)焊方法，能夠有效地減少補(bǔ)焊時(shí)鑄件的受熱區(qū)域和變形區(qū)域，從而精細(xì)地控制鈦合金鑄件變形量，保證鑄件焊后的尺寸穩(wěn)定，從而符合相關(guān)領(lǐng)域的精密要求。

一種冷卻補(bǔ)焊方法，包括：采用20～150a的電流，直徑為0.8～3.0mm的焊絲，直徑為1.0～3.0mm的鎢極對(duì)鑄件的缺陷面補(bǔ)焊，并同時(shí)使用冷卻液對(duì)鑄件的缺陷面背面進(jìn)行冷卻。

優(yōu)選，冷卻補(bǔ)焊方法包括：補(bǔ)焊時(shí)，抽取冷卻液，對(duì)鑄件的缺陷面背面的缺陷對(duì)應(yīng)處進(jìn)行持續(xù)的噴淋形成冷卻。

優(yōu)選，冷卻補(bǔ)焊方法包括：補(bǔ)焊時(shí)，將鑄件的缺陷面背面直接與冷卻液的液面接觸，進(jìn)行冷卻。

優(yōu)選，使用水泵抽取冷卻液，水泵的出水管的流量為1800l/h。

優(yōu)選，當(dāng)鑄件為管型件，缺陷面為表面時(shí)，冷卻補(bǔ)焊方法包括以下步驟：

s1：將管型件底部封閉，在管型件內(nèi)部形成空腔；

s2：在空腔內(nèi)注入冷卻液，保證冷卻液不外流；

s3：對(duì)管型件表面進(jìn)行補(bǔ)焊處理。

優(yōu)選，冷卻補(bǔ)焊方法包括以下步驟：

(1)在盛有冷卻液的水槽中放入水泵，使水泵的出水管朝向鑄件的缺陷面背面的缺陷對(duì)應(yīng)處；

(2)打開(kāi)水泵，噴淋鑄件；

(3)采用80～120a的電流和直徑為3.0mm的鎢極進(jìn)行補(bǔ)焊。

優(yōu)選，步驟s2包括：在冷卻液中放入一個(gè)或多個(gè)水泵，使空腔內(nèi)的冷卻液產(chǎn)生對(duì)流循環(huán)。

步驟s3包括：采用60～80a電流、直徑為2.0mm的鎢極進(jìn)行補(bǔ)焊。

優(yōu)選，補(bǔ)焊時(shí)，氬氣流量為15ml/s。

優(yōu)選，鑄件為鈦合金鑄件。

優(yōu)選，冷卻液為水。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.本發(fā)明在補(bǔ)焊時(shí)同步進(jìn)行了冷卻，導(dǎo)致熱影響區(qū)小，并且合金元素在母材中與補(bǔ)焊區(qū)及熱影響區(qū)中的分布基本平衡，沒(méi)有造成明顯偏析。

2.本發(fā)明方法補(bǔ)焊后的鑄件，核心合金元素的定量金相，在母材、熱影響區(qū)和補(bǔ)焊區(qū)的含量差異小于3％。

3.本發(fā)明方法補(bǔ)焊后的鑄件，熱影響區(qū)和補(bǔ)焊區(qū)的組織晶粒度細(xì)小，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯晶粒長(zhǎng)大傾向。

4.本發(fā)明的冷卻補(bǔ)焊方法能夠有效的控制焊接變形，保證鑄件補(bǔ)焊后尺寸穩(wěn)定。

5.本發(fā)明的冷卻補(bǔ)焊方法，在鈦合金鑄件的缺陷量較大的情況下，能夠大幅降低焊接內(nèi)應(yīng)力作用，將補(bǔ)焊后的形變量控制0.1％以內(nèi)，滿足精密領(lǐng)域的鑄件要求。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的冷卻補(bǔ)焊方法的實(shí)施例1的冷卻設(shè)備示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的冷卻補(bǔ)焊方法的實(shí)施例3的冷卻設(shè)備示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將更詳細(xì)地描述本公開(kāi)的示例性實(shí)施方式。雖然說(shuō)明書(shū)中顯示了本公開(kāi)的示例性實(shí)施方式，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施方式所限制。相反，提供這些實(shí)施方式是為了能夠更透徹地理解本公開(kāi)，并且能夠?qū)⒈竟_(kāi)的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

本發(fā)明提供一種能夠有效控制補(bǔ)焊變形的液冷補(bǔ)焊方法，具體原理為，采用向缺陷部位的反面通冷卻液的方式實(shí)現(xiàn)快速冷卻，減少鑄件的受熱區(qū)域和變形區(qū)域，并搭配以合適的補(bǔ)焊工藝參數(shù)，從而控制鑄件的變形量。

下面將通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的冷卻補(bǔ)焊方法做進(jìn)一步說(shuō)明，需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中的冷卻液為泛指，包括水和其他焊接工程中常用的冷卻液體。

實(shí)施例1

實(shí)施例1為對(duì)管型鑄件的內(nèi)表面缺陷(缺陷較少)進(jìn)行補(bǔ)焊的冷卻補(bǔ)焊工藝。如圖1所示，該冷卻補(bǔ)焊工藝使用的冷卻設(shè)備包括封口用墊板4、水泵出水管5、工作臺(tái)6和水泵7。具體工藝包括以下步驟：

(1)在水槽中放入一水泵7，將水泵7的進(jìn)水管放入水槽中，出水管5用工裝固定綁縛，指向管型鑄件需要補(bǔ)焊的缺陷位置的反面。

(2)打開(kāi)水泵7，向該部位持續(xù)噴水冷卻。

(3)在背面進(jìn)行缺陷的補(bǔ)焊，補(bǔ)焊時(shí)電流控制在20～150a，焊絲采用直徑0.8mm，鎢極采用直徑1.0mm。

其中在步驟(1)之前還包括將管型鑄件用封口用墊板4封口，然后放入水槽中，用工作臺(tái)6將管型鑄件墊起以及向水槽注入適量冷卻水的步驟。

檢測(cè)結(jié)果：鑄件的管口焊前尺寸為544mm，焊后尺寸為543.5mm～544.5mm，整體變形量為0.09％左右，變形量在加工余量控制范圍內(nèi)。如果采用金屬冷卻板處理工藝，焊接工藝參數(shù)下調(diào)到60～80a，變形量在1.29％左右，變形量超差，導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。

實(shí)施例2

實(shí)施例2為對(duì)錐形管鑄件的內(nèi)表面缺陷(缺陷較多)進(jìn)行補(bǔ)焊的冷卻補(bǔ)焊工藝，該冷卻補(bǔ)焊工藝使用的冷卻設(shè)備包括兩個(gè)水泵、兩個(gè)支架和水槽。具體工藝包括以下步驟：

(1)在水槽中放入兩個(gè)水泵，將兩個(gè)水泵的進(jìn)水管放入水槽中，將兩個(gè)水泵的出水管分別固定在兩個(gè)可調(diào)整角度的支架上，使兩根出水管朝向錐形管鑄件缺陷面的背面，并且使兩根出水管噴出的冷卻水能夠覆蓋所有的外表面的所有缺陷對(duì)應(yīng)處。

(2)打開(kāi)兩個(gè)水泵，冷卻水通過(guò)水泵從水槽中泵送到出水管中，并形成一定的初速度連續(xù)噴射到錐形管鑄件的外表面的缺陷對(duì)應(yīng)處，水泵型號(hào)為hj～1841，流量為1800l/h。

(3)采用pana～tigtsp300型焊機(jī)對(duì)錐形管鑄件的內(nèi)表面缺陷進(jìn)行補(bǔ)焊，焊絲采用直徑3.0mm，采用鎢極直徑為3.0mm，補(bǔ)焊電流為80～120a，氬氣流量為15ml/s。

結(jié)果檢測(cè)：距離缺陷較近的錐形管鑄件的大尺寸開(kāi)口端的焊前尺寸為1300mm，焊后尺寸為1299mm～1301mm，整體變形量在0.08％左右，變形量在加工余量控制范圍內(nèi)。如果采用金屬冷卻板處理工藝，焊接工藝參數(shù)下調(diào)到60～100a，變形量仍會(huì)在0.3％左右，變形量較差，導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。

實(shí)施例3

實(shí)施例3為對(duì)管型鑄件的外表面缺陷進(jìn)行補(bǔ)焊的冷卻補(bǔ)焊工藝。如圖2所示，該冷卻補(bǔ)焊工藝使用的冷卻設(shè)備包括封住管型件底部的封口墊板8，采用密封膠將封口墊板與管型鑄件的底部粘合住。具體工藝包括以下步驟：

s1：采用密封膠將管型鑄件底部封住，不滲漏即可。將內(nèi)部空腔可能滲透的地方用密封膠貼上。

s2：向內(nèi)部空腔中灌入三乙醇胺冷卻液，灌至稍低于筒口，以不外漏三乙醇胺冷卻液為宜。在內(nèi)腔中放入兩個(gè)水泵，以利于三乙醇胺冷卻液的對(duì)流循環(huán)，提高冷卻效果。

s3：對(duì)外部缺陷進(jìn)行補(bǔ)焊處理。補(bǔ)焊時(shí)電流控制在60～80a，焊絲采用直徑為2.4mm，鎢極采用直徑為2.0mm。

檢測(cè)結(jié)果：管型鑄件尺寸的高度為857mm，補(bǔ)焊完成后，高度下塌了0.6mm，高度變形量在0.07％左右，符合精密要求，而使用傳統(tǒng)的補(bǔ)焊冷卻工藝方法，管型件的高度變形量至少在0.6％，屬報(bào)廢管件。

實(shí)施例4

實(shí)施例4為對(duì)一端帶有環(huán)形唇邊的管型鑄件的外表面缺陷進(jìn)行補(bǔ)焊的冷卻工藝。該管型鑄件的部分區(qū)域的壁厚偏薄1mm，為了使其壁厚能夠達(dá)到尺寸要求，需對(duì)其外表面進(jìn)行補(bǔ)焊處理，將壁厚偏薄區(qū)域堆焊2mm肉厚。該冷卻補(bǔ)焊工藝采用循環(huán)水冷卻、小電流分區(qū)域補(bǔ)焊，具體步驟包括：

s1：將管型件的底部采用亞克力板和玻璃膠封住，唇邊用玻璃膠堆起一道圍墻。

s2：向管型件內(nèi)腔注入冷卻水，在冷卻水中埋入水泵，使內(nèi)腔中的水流動(dòng)起來(lái)，以增加水冷卻的效果。

s3：采用pana～tigtsp300型焊機(jī)進(jìn)行補(bǔ)焊，鎢極直徑為2.0mm，焊絲直徑為1.5mm，補(bǔ)焊電流為60～80a，氬氣流量為15ml/s。水泵采用hj～1841型，流量為1800l/h。

結(jié)果檢測(cè)：管型鑄件的高度尺寸為1200mm，補(bǔ)焊完成后，位于鑄件一端的環(huán)形唇邊相對(duì)于底部基準(zhǔn)面的高度只塌下了0.5～0.7mm，變形量為0.05％左右，而使用傳統(tǒng)的補(bǔ)焊工藝方法，管型件的唇邊相對(duì)于基準(zhǔn)面的高度變形量為0.25％。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。