CN107511569A - 铸造镁合金航空构件的电磁搅拌辅助氩弧焊修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铸造镁合金航空构件的电磁搅拌辅助氩弧焊修复方法，属于氩弧焊焊接技术领域。该方法针对服役后出现裂纹、腐蚀等缺陷的铸造镁合金航空构件，选用Φ1.0mm～Φ1.6mm的同母材或相近成分焊丝，采用合理的电磁搅拌和氩弧焊修复工艺参数，对构件上的裂纹及腐蚀缺陷进行修复。修复部位变形在公差范围之内，无裂纹、未熔合缺陷，形成了冶金缺陷少、性能优异的修复接头。

Description

铸造镁合金航空构件的电磁搅拌辅助氩弧焊修复方法
技术领域
本发明涉及一种铸造镁合金航空构件的电磁搅拌辅助氩弧焊修复方法，属于氩弧焊焊接技术领域。
背景技术
目前，飞机在翻修过程中，铸造镁合金构件表面存在表面裂纹、大面积腐蚀等缺陷，这些服役缺陷的存在严重威胁着飞机后续服役时的安全性和可靠性。飞机维修厂采用常规氩弧焊焊接方法进行焊接修复时，发现焊缝表面总出现焊接气孔和裂纹，从而导致很多航空铸造镁合金构件因难以修复而直接报废。然而在飞机镁合金构件维修过程中，更换新件的成本很大，且易出现因备件不足而延误整机维修周期，因此迫切需要寻求或发明一种新的铸造镁合金修复技术。
发明内容
本发明设计提供了一种铸造镁合金航空构件的电磁搅拌辅助氩弧焊修复方法，目的是修复航空铸造镁合金构件服役后产生的裂纹、腐蚀等缺陷。
本发明技术解决方案是：该方法的步骤是：
(1)选择Φ1.0mm～Φ1.6mm的同母材或相近成分焊丝作为铸造镁合金航空构件电磁搅拌辅助氩弧焊修复用焊接材料；
(2)修复前表面清理，在荧光灯下，进行打磨去除裂纹、腐蚀等缺陷，目视检查清理干净，并抛光表面，最后用丙酮清洗表面；当构件表面有防锈漆时，先采用中性除漆剂将需修复位置及附近20mm范围内的防锈漆全部清理干净；
(3)电磁搅拌辅助氩弧焊修复，采用电磁搅拌+同步氩弧焊复合方法恢复缺陷位置的尺寸，即在氩弧焊修复过程中，在熔池周围设置一个低频电磁搅拌器对移动的熔池进行实时搅拌；在将缺口位置全部填充结束后，目视检查完全焊满，无咬边和凹坑现象，并留有不小于0.5mm的加工余量，氩弧焊修复的工艺参数为：修复采用交流电，焊接电流为35A～65A，焊接电压9.0V～11.5V，氩气流量为15L/min，钨极直径Φ2.0mm，喷嘴直径为16mm；电磁搅拌的工艺参数为：感应频率为5Hz，输入电流为0.5A～2.5A；同时在修复过程中，先修复大尺寸缺陷，再修复小尺寸缺陷；
(4)焊后热处理，采用履带式陶瓷加热带，对铸造镁合金构件修复位置进行局部焊后热处理，去除修复位置的焊接残余应力，热处理制度为：200℃下保温4h，空冷至室温；
(5)机械加工，采用铣床加工结合手工打磨的方式加工修复区域，恢复图纸尺寸；
(6)无损检测，采用荧光探伤检测方法，对铸造镁合金构件修复位置进行检查；要求无裂纹缺陷。
对原表面存在防锈漆的铸造镁合金构件，在无损检测无裂纹缺陷后，对修复部位进行涂漆，将铸造镁合金构件的专用防护漆手工刷涂在修复位置及附近基体上，保证裸露的金属表面被防锈漆面完全覆盖。
本发明具有的优点和有益效果
镁合金熔点较低且液态的黏度较大，经铸造或焊接成型，构件内部不可避免存在较多的气孔，而内部气孔的存在会降低构件的强度、塑性等性能。
电磁搅拌辅助氩弧焊是一种复合熔焊修复方法，既继承了氩弧焊的工艺操作灵活、成本低、生产效率高、适合不规则缺陷的修复和设备便宜等优点。同时，辅助修复的电磁搅拌处理具有强烈的搅拌熔池作用，一方面有助于加快熔池中气体溢出速度，减少焊缝中气孔；另一方面使熔池各区域的成分均匀性、减少成分偏析，有助于降低焊接过程中焊缝的开裂倾向。尤其在焊接和修复低熔点的镁合金时，能够有效减少焊缝金属中气孔、夹渣等缺陷，有助于提高焊缝的力学性能。
本发明基于电磁搅拌辅助氩弧焊技术的优点，前期分别采用同母材焊丝在(以ZM5为例)铸造镁合金试板上进行了氩弧焊修复和电磁搅拌辅助氩弧焊修复试验，分别对ZM5母材和两种修复接头的室温拉伸和显微硬度性能进行了测试。实验结果显示，氩弧焊修复的平均拉伸强度为224MPa，约为母材的91.1％，平均延伸率为9.9％，为母材的71.2％，修复金属平均显微硬度为74.45HV，约为母材的120.4％；而采用电磁搅拌辅助氩弧焊修复的平均拉伸强度为238MPa，约为母材的96.7％，平均延伸率为13.1％，为母材的94.2％，修复金属平均显微硬度为74.18HV，约为母材的119.9％。由此可见，本发明采用电磁搅拌辅助氩弧焊技术修复铸造镁合金能显著提高修复接头的拉伸强度和室温塑性，尤其室温塑性的大幅提高，可以有助于降低服役过程中的开裂倾向，从而提高修复后的延长服役寿命。
具体实施方式
以下将结合实例对本发明技术方案作进一步详述：
针对铸造镁合金构件出现表面裂纹、腐蚀等缺陷时，需确定构件的材料成分和损伤情况，经对损伤构件可修复评估确定可修复后，开展电磁搅拌辅助氩弧焊修复，并实施以下具体步骤：
(1)选择Φ1.0mm～Φ1.6mm的同母材或相近成分焊丝作为铸造镁合金航空构件电磁搅拌辅助氩弧焊修复用焊接材料；
(2)修复前表面清理，在荧光灯下，进行打磨去除裂纹、腐蚀等缺陷，目视检查清理干净，并抛光表面，最后用丙酮清洗表面；当构件表面有防锈漆时，先采用中性除漆剂将需修复位置及附近20mm范围内的防锈漆全部清理干净，防止后续电磁搅拌辅助氩弧焊修复过程中，防锈漆进入熔池，影响焊缝成形质量和性能；
(3)电磁搅拌辅助氩弧焊修复，采用电磁搅拌+同步氩弧焊复合方法恢复缺陷位置的尺寸，即在氩弧焊修复过程中，在熔池周围设置一个低频电磁搅拌器对移动的熔池进行实时搅拌；在将缺口位置全部填充结束后，目视检查完全焊满，无咬边和凹坑现象，并留有不小于0.5mm的加工余量，氩弧焊修复的工艺参数为：修复采用交流电，焊接电流为35A～65A，焊接电压9.0V～11.5V，氩气流量为15L/min，钨极直径Φ2.0mm，喷嘴直径为16mm；电磁搅拌的工艺参数为：感应频率为5Hz，输入电流为0.5A～2.5A；同时在修复过程中，先修复大尺寸缺陷，再修复小尺寸缺陷；
(4)焊后热处理，采用履带式陶瓷加热带，对铸造镁合金构件修复位置进行局部焊后热处理，去除修复位置的焊接残余应力，热处理制度为：200℃下保温4h，空冷至室温；
(5)机械加工，采用铣床加工结合手工打磨的方式加工修复区域，恢复图纸尺寸；
(6)无损检测，采用荧光探伤检测方法，对铸造镁合金构件修复位置进行检查；要求无裂纹缺陷。
对原表面存在防锈漆的铸造镁合金构件，在无损检测无裂纹缺陷后，对修复部位进行涂漆，将铸造镁合金构件的专用防护漆手工刷涂在修复位置及附近基体上，保证裸露的金属表面被防锈漆面完全覆盖。
实例一
某型飞机铸造镁合金桨毂整流罩固定支架，翻修时发现安装螺栓孔边出现表面裂纹甚至贯穿性裂纹，且附近腐蚀严重，针对该裂纹腐蚀缺陷，开展电磁搅拌辅助氩弧焊修复其缺陷，实施步骤如下：
1.桨毂整流罩固定支架裂纹和腐蚀情况确认
某型飞机桨毂整流罩固定支架，材料为ZM5镁合金，该固定支架翻修时发现两个安装螺栓孔边均出现裂纹，1个是表面裂纹，1个是贯穿性裂纹，且两个孔边缘均出现整圈腐蚀坑。
2.修复过程和检查
(1)选择Φ1.5mm的ZM5镁合金焊丝作为构件的修复材料；
(2)修复前表面清理，使用中性除漆剂将需两个螺栓孔边裂纹、腐蚀及附近20mm范围内的防锈漆全部清理干净，然后在荧光灯下，采用手持电枪打磨去除表面裂纹和腐蚀缺陷，目视检查清理干净，并用钢丝轮抛光表面，最后用丙酮清洗表面；
(3)电磁搅拌辅助氩弧焊修复，采用电磁搅拌+同步氩弧焊复合方法将待修缺口位置全部填充，先修复贯穿性裂纹并将其螺栓孔也全部焊满，再修复表面裂纹，最后修复腐蚀坑，目视检查完全焊满，无咬边和凹坑现象，并留有约1.0～1.5mm的加工余量，氩弧焊修复的工艺参数为：修复采用交流电，焊接电流为50A，焊接电压9.0V～10.5V，氩气流量为15L/min，钨极直径Φ2.0mm，喷嘴直径为16mm；电磁搅拌的工艺参数为：感应频率为5Hz，输入电流为1A；
(4)焊后热处理，采用履带式陶瓷加热带，对ZM5镁合金桨毂整流罩固定支架修复位置进行局部焊后热处理，去除修复位置的焊接参与应力，热处理制度是：200℃下保温4h，空冷到室温；
(5)机械加工，采用铣床加工加手工打磨的方式加工修复区域，重新钻孔出螺栓孔，恢复图纸尺寸；
(6)无损检测，采用荧光探伤检测方法，对ZM5镁合金桨毂整流罩固定支架修复位置进行检查，结果显示无裂纹缺陷；
(7)涂漆，将B04-62军绿色漆手工均匀刷涂在修复位置及附近基体上，目视检查裸漏的固定支架金属表面被漆面完全覆盖。
与现有单纯的进行氩弧焊修复相比，采用本发明技术方案修复的桨毂整流罩固定支架无裂纹缺陷、具有更好的室温拉伸性能，满足装配要求，且过程操作方便，工艺稳定，重复性好，技术成熟，可进行广泛推广。

Claims (2)

1.一种铸造镁合金航空构件的电磁搅拌辅助氩弧焊修复方法，其特征在于：
该方法的步骤是：
(1)选择Φ1.0mm～Φ1.6mm的同母材或相近成分焊丝作为铸造镁合金航空构件电磁搅拌辅助氩弧焊修复用焊接材料；
(2)修复前表面清理，在荧光灯下，进行打磨去除裂纹、腐蚀等缺陷，目视检查清理干净，并抛光表面，最后用丙酮清洗表面；当构件表面有防锈漆时，先采用中性除漆剂将需修复位置及附近20mm范围内的防锈漆全部清理干净；
(3)电磁搅拌辅助氩弧焊修复，采用电磁搅拌+同步氩弧焊复合方法恢复缺陷位置的尺寸，即在氩弧焊修复过程中，在熔池周围设置一个低频电磁搅拌器对移动的熔池进行实时搅拌；在将缺口位置全部填充结束后，目视检查完全焊满，无咬边和凹坑现象，并留有不小于0.5mm的加工余量，氩弧焊修复的工艺参数为：修复采用交流电，焊接电流为35A～65A，焊接电压9.0V～11.5V，氩气流量为15L/min，钨极直径Φ2.0mm，喷嘴直径为16mm；电磁搅拌的工艺参数为：感应频率为5Hz，电流为0.5A～2.5A；同时在修复过程中，先修复大尺寸缺陷，再修复小尺寸缺陷；
(4)焊后热处理，采用履带式陶瓷加热带，对铸造镁合金构件修复位置进行局部焊后热处理，去除修复位置的焊接残余应力，热处理制度为：在200℃下保温4h，空冷至室温；
(5)机械加工，采用铣床加工结合手工打磨的方式加工修复区域，恢复图纸尺寸；
(6)无损检测，采用荧光探伤检测方法，对铸造镁合金构件修复位置进行检查；要求无裂纹缺陷。
2.根据权利要求1所述的一种铸造镁合金航空构件的电磁搅拌辅助氩弧焊修复方法，其特征在于：对原表面存在防锈漆的铸造镁合金构件，在无损检测无裂纹缺陷后，对修复部位进行涂漆，将铸造镁合金构件的专用防护漆手工刷涂在修复位置及附近基体上，保证裸露的金属表面被防锈漆面完全覆盖。
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