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
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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