CN110125515A - 镍合金堆焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍合金堆焊方法，属于焊接技术领域。方法包括：将筒体设置在焊接台上，焊接台包括操作机和变位机，操作机上设有升降机构、平移机构和焊接机构，升降机构用于驱动焊接机构在竖直方向移动，平移机构用于驱动焊接机构在水平方向移动，焊接机构包括焊接机头；变位机上设有用于安装筒体的旋转平台和用于驱动旋转平台旋转的旋转机构；在焊接机头上安装熔化极惰性气体保护焊焊枪，利用焊接台控制熔化极惰性气体保护焊焊枪，采用熔化极惰性气体保护焊法在筒体的内侧壁上堆焊一层镍合金材料；采用非熔化极惰性气体保护电弧焊法在筒体平面上堆焊一层镍合金材料。该镍合金堆焊方法，可以提高镍合金堆焊的堆焊效率。

Description

镍合金堆焊方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种镍合金堆焊方法。

背景技术

堆焊是指将具有一定使用性能的合金材料借助一定的热源手段熔覆在母体材料的表面，以赋予母体材料特殊使用性能或使零件恢复原有形状尺寸的工艺方法。在制造耐磨损、耐腐蚀等有特殊性能要求的零件时，常常会采用堆焊方法。

目前有一种筒体零件，该设计要求在该筒体内侧壁和筒体平面上堆焊一层镍合金材料。现有的堆焊方法通常都是由焊接人员采用非熔化极惰性气体保护电弧焊(TungstenInert Gas Welding，简称TIG焊)的方法手工焊。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于镍合金的熔深很浅且液态焊缝金属流动性差，因此镍合金的焊接速率较慢，采用TIG手工焊，会浪费大量人力，导致镍合金堆焊的堆焊效率较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种镍合金堆焊方法，可以提高镍合金堆焊的堆焊效率。所述技术方案如下：

本发明提供了一种镍合金堆焊方法，用于在筒体的内侧壁和筒体平面上堆焊一层镍合金材料，所述镍合金堆焊方法包括：

将所述筒体设置在焊接台上，所述焊接台包括操作机和变位机，所述操作机上设有升降机构、平移机构和焊接机构，所述升降机构用于驱动所述焊接机构在竖直方向移动，所述平移机构用于驱动所述焊接机构在水平方向移动，所述焊接机构包括焊接机头；所述变位机上设有用于安装所述筒体的旋转平台和用于驱动旋转平台旋转的旋转机构；

在所述焊接机头上安装熔化极惰性气体保护焊焊枪，利用所述焊接台控制所述熔化极惰性气体保护焊焊枪，采用熔化极惰性气体保护焊法在所述筒体的内侧壁上堆焊一层所述镍合金材料；

采用非熔化极惰性气体保护电弧焊法在所述筒体平面上堆焊一层所述镍合金材料。

进一步地，所述采用熔化极惰性气体保护焊法在所述筒体的内侧壁上堆焊一层所述镍合金材料，包括：

采用氩气和氦气的混合气体作为保护气，在所述筒体的内侧壁上堆焊一层所述镍合金材料。

进一步地，所述将所述筒体设置在焊接台上，包括：

将所述筒体安装在所述旋转平台上，使所述筒体的轴线与所述旋转平台的旋转中心线重合。

进一步地，所述采用熔化极惰性气体保护焊法在所述筒体的内侧壁上堆焊一层所述镍合金材料，包括：

控制所述旋转机构驱动所述旋转平台转动，使所述筒体转动；

控制所述升降机构和所述平移机构带动所述焊接机构移动，使所述熔化极惰性气体保护焊焊枪对准所述筒体的内侧壁，并控制所述熔化极惰性气体保护焊焊枪沿所述筒体的轴线方向由下至上在所述筒体的内侧壁上堆焊多圈所述镍合金材料，最终在所述筒体的内侧壁上形成一层所述镍合金材料。

进一步地，所述控制所述熔化极惰性气体保护焊焊枪沿所述筒体的轴线方向由下至上在所述筒体的内侧壁上堆焊多圈所述镍合金材料，包括：

第一步、控制所述筒体转动设定角度，使熔化极惰性气体保护焊焊枪沿所述筒体的圆周方向在所述筒体的内侧壁上堆焊一段设定弧长的所述镍合金材料；

第二步、多次重复第一步，直至在所述筒体的内侧壁上堆焊出多段连续的设定弧长的所述镍合金材料，以在所述筒体的内侧壁上堆焊出一圈所述镍合金材料；

第三步、控制所述升降装置移动带动所述熔化极惰性气体保护焊焊枪沿所述筒体的轴线方向向上移动设定距离，重复第二步；

第四步，多次重复第三步，直至在所述筒体的内侧壁上堆焊出多圈所述镍合金材料。

进一步地，所述采用非熔化极惰性气体保护电弧焊法在所述筒体平面上堆焊一层所述镍合金材料，包括：

控制所述旋转机构驱动所述旋转平台转动，使所述筒体转动；

由堆焊人员一手手持非熔化极惰性气体保护电弧焊焊枪，一手手持镍合金焊丝，沿所述筒体的径向由内向外或由外向内，在所述筒体的平面上堆焊多圈所述镍合金材料，最终在所述筒体的平面上形成一层所述镍合金材料。

进一步地，所述沿所述筒体的径向由内向外或由外向内，在所述筒体的平面上堆焊多圈所述镍合金材料，包括：

第一步、控制所述筒体转动设定角度，由堆焊人员手持非熔化极惰性气体保护焊焊枪沿所述筒体的圆周方向在所述筒体的平面上堆焊一段设定弧长的所述镍合金材料；

第二步、多次重复第一步，直至堆焊人员在所述筒体的平面上堆焊出多段连续的设定弧长的所述镍合金材料，以在所述筒体的平面上堆焊出一圈所述镍合金材料；

第三步、堆焊人员手持非熔化极惰性气体保护焊焊枪沿所述筒体的径向向内或向外移动设定距离，重复第二步；

第四步，多次重复第三步，直至在所述筒体的平面上堆焊出多圈所述镍合金材料。

进一步地，所述镍合金堆焊方法还包括：

在所述筒体上设置防变形工装，所述防变形工装为圆环形，所述防变形工装的内径和外径与所述筒体的内径和外径相同。

进一步地，所述在所述筒体上设置防变形工装，包括：

将所述防变形工装同轴设置在所述筒体的一端，将所述筒体和所述防变形工装点焊连接，所述点焊焊缝位于所述筒体和所述防变形工装的外侧壁上。

进一步地，所述镍合金堆焊方法还包括：

进行所述熔化极惰性气体保护焊法的工艺评定试验，确定所述熔化极惰性气体保护焊法的焊接参数；

进行所述非熔化极惰性气体保护电弧焊法的工艺评定试验，确定所述非熔化极惰性气体保护电弧焊法的焊接参数；

所述焊接参数包括焊丝直径、保护气体的比例和流量、层间温度、焊接电流、焊接电压和焊接速度中的至少一种。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将筒体设置在焊接台上，然后在焊接台的焊接机头上安装熔化极惰性气体保护焊(melt inert-gas welding，简称MIG焊)焊枪，利用焊接台控制MIG焊焊枪，采用MIG焊法在筒体的内侧壁上堆焊一层镍合金材料。与现有技术中采用TIG手工焊法在筒体的内侧壁上堆焊一层镍合金材料相比，无需由堆焊人员手动进行堆焊操作，节省了大量人力，大大提高了焊接效率。且由于筒体平面堆焊面积较小，继续采用TIG手工焊法在筒体平面上堆焊一层镍合金材料，可以实时调整堆焊参数，保证筒体平面的堆焊精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种筒体的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种镍合金堆焊方法的方法流程图；

图3是本发明实施例提供的一种焊接台的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种防变形工装的安装示意图；

图5是本发明实施例提供的一种MIG焊的堆焊示意图；

图6是本发明实施例提供的一种筒体的堆焊示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了更好的理解本发明，以下简单说明筒体的结构：

图1是本发明实施例提供的一种筒体的结构示意图，如图1所示，筒体100内设有沿其径向向内延伸的凸台100a，筒体100包括依次连接的第一平面120、内侧壁110和第二平面130。其中第一平面120为筒体100的端面，第二平面130为凸台100a的端面，第一平面120与第二平面130平行，且第一平面120和第二平面130均垂直与筒体100的内侧壁110，内侧壁110位于第一平面120和第二平面130之间。筒体100的远离第一平面120的一端设有沿筒体100的径向向外延伸的环形板140。

本发明提供了一种镍合金堆焊方法，用于在如图1所示的筒体的内侧壁110第一平面120和第二平面130上堆焊一层镍合金材料。图2是本发明实施例提供的一种镍合金堆焊方法的方法流程图，如图2所示，该镍合金堆焊方法包括：

步骤201、将筒体设置在焊接台上。

图3是本发明实施例提供的一种焊接台的结构示意图，如图3所示，该焊接台包括操作机310和变位机320，操作机310上设有升降机构311、平移机构312和焊接机构313，升降机构311用于驱动焊接机构313在竖直方向移动，平移机构312用于驱动焊接机构313在水平方向移动，焊接机构313包括焊接机头313a。变位机320上设有用于安装筒体的旋转平台321和用于驱动旋转平台旋转的旋转机构322。

示例性地，步骤201可以包括：

将筒体安装在旋转平台上，使筒体的轴线与旋转平台的旋转中心线重合。

示例性地，旋转平台321上还设有用于压紧筒体100的压紧组件，如图3所示，压紧组件包括多个压紧块323，多个压紧块沿筒体100的轴向间隔布置，用于压紧筒体100的环形板140，每个压紧块323上均设有一个螺栓，旋转平台321上对应设有多个螺纹孔，螺栓的螺纹端穿过压紧块323，设置在旋转平台的螺纹孔中。通过拧紧螺栓，即可使压紧块323压紧筒体100的环形板140。

进一步地，在执行步骤201之前，该镍合金堆焊方法还可以包括：

在筒体上设置防变形工装，通过设置防变形工装可以防止在堆焊过程中筒体100产生形变。

图4是本发明实施例提供的一种防变形工装的安装示意图，如图4所示，防变形工装400为圆环形，防变形工装400的内径和外径与筒体100的内径和外径相同。

可选地，在筒体上设置防变形工装，可以包括：

将防变形工装400同轴设置在筒体100的一端，将筒体100和防变形工装400点焊连接，点焊焊缝位于筒体100和防变形工装400的外侧壁上。通过将焊缝设置在筒体100和防变形工装400的外侧壁上，可以防止在拆除防变形工装的过程中，会损坏筒体100的内侧壁上堆焊好的内合金材料。

步骤202、在焊接机头上安装MIG焊焊枪，利用焊接台控制MIG焊焊枪，采用MIG焊法在筒体的内侧壁上堆焊一层镍合金材料。

可选地，可以采用氩气和氦气的混合气体作为保护气，在筒体的内侧壁上堆焊一层镍合金材料。

可选地，保护气可以由20％的氦气和80％的氩气混合而成。

示例性地，步骤202可以包括：

控制旋转机构驱动旋转平台转动，使筒体转动；

控制升降机构和平移机构带动焊接机构移动，使MIG焊焊枪对准筒体的内侧壁，并控制MIG焊焊枪沿筒体的轴线方向由下至上在筒体的内侧壁上堆焊多圈镍合金材料，最终在筒体的内侧壁上形成一层镍合金材料。

图5是本发明实施例提供的一种MIG焊的堆焊示意图，如图5所示，此时MIG焊焊枪500对准筒体100的内侧壁110。

在本实施例中，MIG焊焊枪的长度可以根据需加工的筒体的内侧壁的深度进行设置。

示例性地，控制MIG焊焊枪沿筒体的轴线方向由下至上在筒体的内侧壁上堆焊多圈镍合金材料，可以包括：

第一步、控制筒体转动设定角度，使MIG焊焊枪沿筒体的圆周方向在筒体的内侧壁上堆焊一段设定弧长的镍合金材料；

在本实施例中，每次控制MIG焊焊枪沿筒体的圆周方向在筒体的内侧壁上堆焊弧长为350-400mm的镍合金材料。由于镍合金在堆焊过程中堆焊层容易产生裂纹，因此，通过采用分段堆焊的形式，可以减少镍合金在堆焊过程中产生裂纹。

需要说明的是，在本实施例中，需要采用电子点温计时刻监控各堆焊层的层间温度，以将层间温度严格控制在80～120℃，减少镍合金在堆焊过程中产生裂纹。

第二步、多次重复第一步，直至在筒体的内侧壁上堆焊出多段连续的设定弧长的镍合金材料，以在筒体的内侧壁上堆焊出一圈镍合金材料；

第三步、控制升降装置移动带动MIG焊焊枪沿筒体的轴线方向向上移动设定距离，重复第二步；

第四步，多次重复第三步，直至在筒体的内侧壁上堆焊出多圈镍合金材料。

步骤203、采用TIG焊法在筒体平面上堆焊一层镍合金材料。

示例性地，步骤203可以包括：

采用TIG焊法在筒体平面上堆焊一层镍合金材料，包括：

控制旋转机构驱动旋转平台转动，使筒体转动；

由堆焊人员一手手持TIG焊焊枪，一手手持镍合金焊丝，沿筒体的径向由内向外或由外向内，在筒体的平面上堆焊多圈镍合金材料，最终在筒体的平面上形成一层镍合金材料。

示例性地，沿筒体的径向由内向外或由外向内，在筒体的平面上堆焊多圈镍合金材料，可以包括：

第一步、控制筒体转动设定角度，由堆焊人员手持TIG焊焊枪沿筒体的圆周方向在筒体的平面上堆焊一段设定弧长的镍合金材料；

第二步、多次重复第一步，直至堆焊人员在筒体的平面上堆焊出多段连续的设定弧长的镍合金材料，以在筒体的平面上堆焊出一圈镍合金材料；

第三步、堆焊人员手持TIG焊焊枪沿筒体的径向向内或向外移动设定距离，重复第二步；

第四步，多次重复第三步，直至在筒体的平面上堆焊出多圈镍合金材料。

在本实施例中，可以先在筒体100的第二平面130上执行步骤203中的方法进行堆焊操作，然后将筒体100上的防变形工装取下，继续在筒体100的第一平面120上执行步骤203中的方法进行堆焊操作。

图6是本发明实施例提供的一种筒体的堆焊示意图，如图6所示，此时筒体100的内侧壁110上有一层堆焊层110a，第一平面120上有一层堆焊层120a，第二平面130上有一层堆焊层130a。

进一步地，在执行完上述步骤后，该镍合金堆焊方法还可以包括：

检查筒体零件的变形量，并对堆焊层进行表面和内部探伤检查。若检查结果均合格，则完成堆焊操作。

本发明实施例通过将筒体设置在焊接台上，然后在焊接台的焊接机头上安装MIG焊焊枪，利用焊接台控制MIG焊焊枪，采用MIG焊法在筒体的内侧壁上堆焊一层镍合金材料。与现有技术中采用TIG手工焊法在筒体的内侧壁上堆焊一层镍合金材料相比，无需由堆焊人员手动进行堆焊操作，节省了大量人力，大大提高了焊接效率。且由于筒体平面堆焊面积较小，继续采用TIG手工焊法在筒体平面上堆焊一层镍合金材料，可以实时调整堆焊参数，保证筒体平面的堆焊精度。

本发明实施例还提供了的另一种镍合金堆焊方法，用于在如图1所示的筒体的内侧壁和筒体平面上堆焊一层镍合金材料，该镍合金堆焊方法与上述实施例基本相同，不同之处仅在于，在将筒体固定在焊接台上之前，该镍合金堆焊方法还包括：

进行MIG焊的工艺评定试验，确定MIG焊的焊接参数。

进行TIG焊的工艺评定试验，确定TIG焊的焊接参数。

其中，焊接参数包括焊丝直径、保护气体的比例和流量、层间温度、焊接电流、焊接电压和焊接速度中的至少一种。

示例性地，可以在试验板上进行MIG焊和TIG焊的试验，焊后检查试验板侧壁和平面的质量以及力学性能，若检查结果符合要求，即可将该次试验参数作为对筒体进行MIG焊和TIG焊的焊接参数。可以通过多次试验以确定出MIG焊和TIG焊的最佳焊接参数。

在本实施例中，确定出的MIG焊焊接参数如下：

①焊丝：ERNiCrMo-3，Ф1.2mm；

②保护气体：20％He+80％Ar；

③层间温度：80～120C；

④焊接电流140-160A，焊接电压18-20V，焊接速度30-35cm/min，气体流量：15-20L/min。

焊后检查堆焊层内部和表面质量、力学性能，结果合格。

确定出的TIG焊焊接参数如下：

①焊丝：ERNiCrMo-3，Ф1.6mm；

②保护气体：99.99％Ar；

③层间温度：80～120℃；

④焊接电流160-200A，焊接电压18-20V，焊接速度10-15cm/min，气体流量：15-20L/min。

本发明实施例通过将筒体设置在焊接台上，然后在焊接台的焊接机头上安装MIG焊焊枪，利用焊接台控制MIG焊焊枪，采用MIG焊法在筒体的内侧壁上堆焊一层镍合金材料。与现有技术中采用TIG手工焊法在筒体的内侧壁上堆焊一层镍合金材料相比，无需由堆焊人员手动进行堆焊操作，节省了大量人力，大大提高了焊接效率。且由于筒体平面堆焊面积较小，继续采用TIG手工焊法在筒体平面上堆焊一层镍合金材料，可以实时调整堆焊参数，保证筒体平面的堆焊精度。

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 (10)

1.一种镍合金堆焊方法，用于在筒体的内侧壁和筒体平面上堆焊一层镍合金材料，其特征在于，所述镍合金堆焊方法包括：

将所述筒体设置在焊接台上，所述焊接台包括操作机和变位机，所述操作机上设有升降机构、平移机构和焊接机构，所述升降机构用于驱动所述焊接机构在竖直方向移动，所述平移机构用于驱动所述焊接机构在水平方向移动，所述焊接机构包括焊接机头；所述变位机上设有用于安装所述筒体的旋转平台和用于驱动旋转平台旋转的旋转机构；

在所述焊接机头上安装熔化极惰性气体保护焊焊枪，利用所述焊接台控制所述熔化极惰性气体保护焊焊枪，采用熔化极惰性气体保护焊法在所述筒体的内侧壁上堆焊一层所述镍合金材料；

采用非熔化极惰性气体保护电弧焊法在所述筒体平面上堆焊一层所述镍合金材料。

2.根据权利要求1所述的镍合金堆焊方法，其特征在于，所述采用熔化极惰性气体保护焊法在所述筒体的内侧壁上堆焊一层所述镍合金材料，包括：

采用氩气和氦气的混合气体作为保护气，在所述筒体的内侧壁上堆焊一层所述镍合金材料。

3.根据权利要求1或2所述的镍合金堆焊方法，其特征在于，所述将所述筒体设置在焊接台上，包括：

将所述筒体安装在所述旋转平台上，使所述筒体的轴线与所述旋转平台的旋转中心线重合。

4.根据权利要求3所述的镍合金堆焊方法，其特征在于，所述采用熔化极惰性气体保护焊法在所述筒体的内侧壁上堆焊一层所述镍合金材料，包括：

控制所述旋转机构驱动所述旋转平台转动，使所述筒体转动；

控制所述升降机构和所述平移机构带动所述焊接机构移动，使所述熔化极惰性气体保护焊焊枪对准所述筒体的内侧壁，并控制所述熔化极惰性气体保护焊焊枪沿所述筒体的轴线方向由下至上在所述筒体的内侧壁上堆焊多圈所述镍合金材料，最终在所述筒体的内侧壁上形成一层所述镍合金材料。

5.根据权利要求4所述的镍合金堆焊方法，其特征在于，所述控制所述熔化极惰性气体保护焊焊枪沿所述筒体的轴线方向由下至上在所述筒体的内侧壁上堆焊多圈所述镍合金材料，包括：

第一步、控制所述筒体转动设定角度，使熔化极惰性气体保护焊焊枪沿所述筒体的圆周方向在所述筒体的内侧壁上堆焊一段设定弧长的所述镍合金材料；

第二步、多次重复第一步，直至在所述筒体的内侧壁上堆焊出多段连续的设定弧长的所述镍合金材料，以在所述筒体的内侧壁上堆焊出一圈所述镍合金材料；

第三步、控制所述升降装置移动带动所述熔化极惰性气体保护焊焊枪沿所述筒体的轴线方向向上移动设定距离，重复第二步；

第四步，多次重复第三步，直至在所述筒体的内侧壁上堆焊出多圈所述镍合金材料。

6.根据权利要求1或2所述的镍合金堆焊方法，其特征在于，所述采用非熔化极惰性气体保护电弧焊法在所述筒体平面上堆焊一层所述镍合金材料，包括：

控制所述旋转机构驱动所述旋转平台转动，使所述筒体转动；

由堆焊人员一手手持非熔化极惰性气体保护电弧焊焊枪，一手手持镍合金焊丝，沿所述筒体的径向由内向外或由外向内，在所述筒体的平面上堆焊多圈所述镍合金材料，最终在所述筒体的平面上形成一层所述镍合金材料。

7.根据权利要求6所述的镍合金堆焊方法，其特征在于，所述沿所述筒体的径向由内向外或由外向内，在所述筒体的平面上堆焊多圈所述镍合金材料，包括：

第一步、控制所述筒体转动设定角度，由堆焊人员手持非熔化极惰性气体保护焊焊枪沿所述筒体的圆周方向在所述筒体的平面上堆焊一段设定弧长的所述镍合金材料；

第二步、多次重复第一步，直至堆焊人员在所述筒体的平面上堆焊出多段连续的设定弧长的所述镍合金材料，以在所述筒体的平面上堆焊出一圈所述镍合金材料；

第三步、堆焊人员手持非熔化极惰性气体保护焊焊枪沿所述筒体的径向向内或向外移动设定距离，重复第二步；

第四步，多次重复第三步，直至在所述筒体的平面上堆焊出多圈所述镍合金材料。

8.根据权利要求1或2所述的镍合金堆焊方法，其特征在于，所述镍合金堆焊方法还包括：

在所述筒体上设置防变形工装，所述防变形工装为圆环形，所述防变形工装的内径和外径与所述筒体的内径和外径相同。

9.根据权利要求8所述的镍合金堆焊方法，其特征在于，所述在所述筒体上设置防变形工装，包括：

将所述防变形工装同轴设置在所述筒体的一端，将所述筒体和所述防变形工装点焊连接，所述点焊焊缝位于所述筒体和所述防变形工装的外侧壁上。

10.根据权利要求1或2所述的镍合金堆焊方法，其特征在于，所述镍合金堆焊方法还包括：

进行所述熔化极惰性气体保护焊法的工艺评定试验，确定所述熔化极惰性气体保护焊法的焊接参数；

进行所述非熔化极惰性气体保护电弧焊法的工艺评定试验，确定所述非熔化极惰性气体保护电弧焊法的焊接参数；

所述焊接参数包括焊丝直径、保护气体的比例和流量、层间温度、焊接电流、焊接电压和焊接速度中的至少一种。