CN113681125A - 一种异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，属于铸造技术领域，解决了现有氩弧焊进行补焊时热输入较大导致热影响区较宽且在焊后容易出现裂纹、气孔等焊接缺陷，导致的补焊部位力学性能偏低，严重降低了修补焊接的合格率的问题。本发明的缺陷修复方法包括：步骤1、定位待补焊区域；步骤2、焊前清理，缺陷清理后进行检验，确认缺陷已排除；步骤3、制作垫块；步骤4、将异形薄壁储油结构件整体进行预热；步骤5、利用手工钨极氩弧焊补焊；步骤6、焊接完成后将异形薄壁储油结构件的外型面打磨光滑；步骤7、对补焊区域进行X光检查。本发明适用于异形薄壁储油结构件的缺陷修复，保证了焊接合格率，且不会出现焊透而出现焊瘤现象。
Description
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，尤其涉及一种异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法。
背景技术
随着航空航天产品的快速发展，储油构件产品越来越趋向于异形薄壁复杂结构，因此在铸造生产过程中一次合格难度比较大，一般设计要求允许内部存在缺陷部位进行定位、排故、补焊修复处理。
在实际科研生产过程中，异形薄壁储油结构件缺陷修复时采用电子束焊方式修复，不仅成本高，而且电子束焊在焊接异性面时灵活性比较差，准备周期长，而且造成设备资源浪费。
钨极氩弧焊以其成本低廉，为手工操作对弧面、内腔复杂部位的补焊显示出独特的技术优势，但是对于壁厚为2-3mm的结构件在缺陷修复过程中熔池不易形成，且极易焊透形成焊瘤，而异形薄壁复杂结构的内部焊瘤去除困难；此外，氩弧焊进行补焊时热输入较大导致热影响区较宽且在焊后容易出现裂纹、气孔等焊接缺陷，导致的补焊部位力学性能偏低，严重降低了修补焊接的合格率。
需要说明的是，补焊质量的好坏，直接影响整件产品的使用性能；若某一处缺陷补焊不合格，最终整件产品报废，将造成难以估量的经济损失，耗费大量的人力、时间成本。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，用以解决现有氩弧焊进行补焊时热输入较大导致热影响区较宽且在焊后容易出现裂纹、气孔等焊接缺陷，导致的补焊部位力学性能偏低，严重降低了修补焊接的合格率的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，包括如下步骤：
步骤1、定位待补焊区域；
步骤2、焊前清理，采用机械清理的方法清除焊接部位及周围的油污、氧化物、型砂，缺陷清理后根据具体情况进行目视、荧光或者X射线照相检验，确认缺陷已排除；
步骤3、制作垫块；
步骤4、将待补焊的异形薄壁储油结构件进行预热；
步骤5、利用手工钨极氩弧焊补焊；
步骤6、焊接完成后将异形薄壁储油结构件外型面打磨光滑，用抛光砂轮进行抛光处理；
步骤7、对补焊区域进行X光检查。
进一步地，在步骤1中，通过荧光检查、X射线检查确定异形薄壁储油结构件的缺陷位置，并准确标记，以定位待补焊区域。
进一步地，在步骤2中，采用不锈钢丝刷或刮刀进行焊前清理，焊前清理区域包括焊接区域及向焊接区域***延伸10mm～15mm，将清理区域的氧化膜至金属光亮。
进一步地，在步骤2中，缺陷清理后，在补焊区域制备坡口，坡口的形状为V型，坡口的开口角度为60-70°。
进一步地，在步骤3中，垫块为随型石墨垫块，随型石墨块垫块与异形薄壁储油结构件内型面随型；
随型石墨垫块与异形薄壁储油结构件的内型面之间的间隙小于等于2mm。
进一步地，在步骤3中，随型石墨垫块的厚度至少为异形薄壁储油结构件待补焊区域壁厚的2倍；
随型石墨垫块的大小大于等于焊前清理区域的大小。
进一步地，在步骤4中，预热温度为150～200℃，预热后保温时间为1～2h。
进一步地，在步骤5中，确定补焊工艺参数：当焊接厚度≤2mm时，电极材料采用铈钨，电极直径为1～2mm，焊接电流为45-55A；
进一步地，当焊接厚度为2～4mm时，电极材料采用铈钨，电极直径为2～3mm，焊接电流为75-85A。
进一步地，异形薄壁储油结构件的薄壁厚度为2-5mm。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
(1)本发明在补焊过程中使用随型垫块，实现了焊接区域的高质量修复；利用随型垫块(随型垫块与异形薄壁储油结构件的内型面之间的间隙不超过2mm)达到两个作用：一是利用随型垫块作为熔池的支撑，使得熔池在随型垫块的支撑作用下进行随型凝固，以避免出现焊透情况而出现焊瘤，克服了现有技术中出现焊瘤时因储油结构件的异形薄壁结构难以打磨处理的问题，避免了后期的打磨处理工作，提高了工作效率；二是利用随型垫块的导热能力及蓄热能力增加熔池金属液的过冷度，以形成温度梯度，提高熔池凝固区域的质量，减小热影响区的范围。
(2)本发明采用手工氩弧焊，手工氩弧焊的焊接过程是在高功率输出下形成高热量，将焊丝熔化在需要补焊部位，形成一个小熔池，并且使补焊修复过程中焊接熔池冷却快速结晶，使得微小气孔由于过冷度大，来不及形核长大就完成结晶，使焊材与母材达到冶金结合，保证了焊接合格率，且完全不会出现焊透而导致焊瘤现象产生。
(3)本发明避免了异形薄壁储油结构件缺陷修复时采用电子束焊方式的对弧面、内腔等复杂部位缺陷修复的使用性差问题，实现手工氩弧焊的高质量、低成本修复。
(4)本发明解决了异形薄壁储油结构件的内腔焊后不会形成焊瘤，进而减少或无需进行内腔打磨，因为内腔狭小复杂时，不易于内腔的打磨，本发明避免了该方面的工作。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为焊接坡口示意图；
图2为本发明的随型石墨垫块示意图；
图3为异形薄壁储油结构件的局部结构示意图。
1-随型垫块。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明涉及的异形薄壁储油结构件为两端开口的封闭弧形铸件，铸件的内部设有复杂的型腔和筋条，致使其整体形状比较复杂，采用常规的缺陷修复方法无法对其进行修复。
本发明提供了一种异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，包括如下步骤：
步骤1、定位待补焊区域；
步骤2、焊前清理，采用机械清理的方法清除焊接部位及周围的油污、氧化物、型砂等，缺陷清理后应根据具体情况进行目视、荧光或者X射线照相检验，确认缺陷已排除后方可进行下一步工作；
步骤3、制作随型垫块，随型垫块与异形薄壁储油结构件内型面间隙不超过2mm；
步骤4、焊前补焊异形薄壁储油结构件预热，将异形薄壁储油结构件(即异形薄壁储油结构件)整体置于真空保温炉中预热，预热温度为150～200℃，预热后的保温时间为1～2h；
步骤5、手工钨极氩弧焊补焊；
步骤6、焊接完成后外形面打磨光滑，用抛光砂轮进行抛光处理；
步骤7、对补焊区域进行X光检查，检测是否满足HB5480-1991《高强度铝合金优质铸铸件》中一类B级要求。
现有氩弧焊进行补焊时，热输入较大致使热影响区较宽且在焊后容易出现裂纹、气孔等焊接缺陷，导致的补焊部位力学性能偏低，严重降低了修补焊接的合格率。
与现有技术相比，本发明提供的铝合金异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法使得补焊修复过程中焊接熔池冷却快速结晶，使得微小气孔由于过冷度大，来不及形核长大就完成结晶，保证了焊接合格率，且基本不会出现焊透而出现焊瘤现象。
本发明针对的修复对象即缺陷类型包括：裂纹、冷隔、2级及以上疏松、2级及以上真空等铸造缺陷或加工该过程中出现扎刀、过切等导致产品需要补焊修复缺陷，所有需要补焊修复的缺陷均适用。
本发明的异形薄壁储油结构件的壁厚为2～5mm。需要说明的是，对于壁厚超过5mm的异形薄壁储油结构件，则不需要使用随型石墨垫块，一方面是因为异形产品壁厚越大刚性越好，不易产生变形；另一方面是因为异形产品的壁厚尺寸大，一般在排除缺陷后，坡口未贯穿整个壁厚，未贯穿部分的厚度为1-2mm，具体如图1所示。
需要说明的是，手工氩弧焊焊接过程就是在高功率输出下形成高热量，将焊丝熔化在需要补焊部位形成一个小熔池，使焊材与母材达到冶金结合的一个过程。在异形薄壁储油结构件进行补焊修复过程中，由于焊丝熔化过程形成高温，如果异形薄壁储油结构件的壁厚较薄时，由于温度过高，会出现焊透的情况，焊透以后形成焊瘤。
为避免异形薄壁储油结构件由于壁薄而产生焊透的情况，本发明利用随型垫块实现以下两个作用：一是利用随型垫块作为熔池的支撑，使得熔池在随型垫块的支撑作用下为随型凝固，以避免出现焊透情况而出现焊瘤，避免了后期的打磨处理工作，提高了工作效率；二是利用随型垫块的导热能力及蓄热能力增加熔池金属液的过冷度，以形成温度梯度，提熔池高凝固区域的质量，减小热影响区的范围。
需要说明的是，随型垫块与异形薄壁储油结构件的内型面之间的间隙小于等于2mm，以避免熔池金属液泄露。
在上述步骤1中，通过荧光检查、X射线检查确定复杂负责异形薄壁储油结构件缺陷位置，并准确标记，定位待补焊区域。
在上述步骤2中，采用不锈钢丝刷或刮刀进行焊前清理，清理区域包括焊接区域及向焊接区域***延伸10mm～15mm，将清理区域的氧化膜至金属光亮，然后在补焊区域按具体要求制备坡口，如图1所示。
需要说明的是，如图1和图2所示，设置坡口是补焊过程为了使焊材与母材的均匀过度融合，将坡口角度控制在60-70°范围内能够保证焊材与母材形成合金，保证焊接合格率。
在上述步骤3中，制备的随型垫块要求与异形薄壁储油结构件内型面随型，如图2所示，这样能够保证焊接完成后异形薄壁储油结构件内型面不会形成焊瘤，焊后只需简单抛光处理即可。
在上述步骤3中，随型垫块可以为随型石墨垫块或随型铝合金垫块，优选随型石墨垫块。随型垫块厚度至少为异形薄壁储油结构件待补焊区域壁厚的2倍。
需要说明的是，所述随型垫块的大小包括焊接区域及向焊接区域***延伸10mm～15mm，这是因为：随型垫块可以为热影响区导热；另外是随型垫块与异形薄壁储油结构件之间可能存在缝隙，通过控制随型垫块的大小可以避免熔池金属液泄露。
当随型垫块采用随型石墨垫块时，利用石墨的强激冷、导热、蓄热能力提高焊接熔池金属液的过冷度，实现快速结晶，使得微小气孔由于过冷度大，来不及形核长大就完成结晶，保证焊接合格率。将随型石墨垫块的厚度设置为至少为补焊区域的2倍，主要原因有两个：其一是石墨有足够的蓄热能力达到持续导热激冷的目的；其二是保证石墨的强度满足要求。
当随型垫块采用随型铝板时，铝合金垫块的导热系数比较大，同样地，利用铝合金的强导热能力来提高焊接熔池金属液的过冷度，实现快速结晶，使得微小气孔由于过冷度大，来不及形核长大就完成结晶，保证焊接合格率。
在上述步骤4中，将异形薄壁储油结构件整体置于真空保温炉中进行预热，采用真空环境能够保证在加热过程中避免补焊区域被氧化。
在上述步骤4中，预热温度为150～200℃，预热后保温1～2h，预热温度控制在这个温度既对异形薄壁储油结构件力学性能影响较小，又能够起到除潮气的作用，避免在焊接过程中由于存在潮气而形成真空缺陷。
在上述步骤5中，确定补焊工艺参数：当焊接厚度≤2mm时，电极材料为铈钨，电极直径为1～2mm，焊接电流为45～55A；当焊接厚度为2～4mm时，电极材料为铈钨，电极直径为2～3mm，焊接电流为75～85A。需要强调的是，补焊工艺参数主要根据异形薄壁储油结构件的壁厚设置，主要目的是控制热输入，减小因为过热产生应力变形。在异形薄壁储油结构件的壁厚较小时，采用小电流焊接，减小热输入；随着异形薄壁储油结构件的壁厚增大，要兼顾焊接融合与热输入尽量的小。
在上述步骤7中，对补焊区域进行X光检查，确定补焊区域不存在裂纹、未焊透、未熔合、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷。
实施例1
本实施例提供了一种异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，该异形薄壁储油结构件的厚度为2mm，该缺陷修复方法包括以下步骤：
(1)通过X射线检查异形薄壁储油结构件上存在的铸造冶金缺陷，通过底片与实际异形薄壁储油结构件来确定异形薄壁储油结构件的缺陷位置，并准确标记，定位待补焊区域。
(2)焊前清理，采用风铣刀排除异形薄壁储油结构件冶金缺陷，形成坡口状，利用X射线检测确认缺陷彻底排除，利用刮刀清理异形薄壁储油结构件表面10mm区域内的氧化膜至金属光亮。
(3)制作随型石墨垫块，要求与异形薄壁储油结构件内型面随型，如图2所示，这样能够保证焊接完成后异形薄壁储油结构件内型面不会形成较大焊瘤，焊后只需简单抛光处理即可；石墨垫块厚度为异形薄壁储油结构件待补焊区域壁厚的4倍，石墨垫块大小超过待补焊区域边缘10mm，利用石墨的强激冷、导热、蓄热能力提高焊接熔池金属液的过冷度，实现快速结晶，使得微小气孔由于过冷度大，来不及形核长大就完成结晶，保证焊接合格率。
(4)焊前异形薄壁储油结构件预热，将异形薄壁储油结构件整体置于真空保温炉中预热，温度150℃，保温1h。
(5)手工钨极氩弧焊补焊，该补焊区域异形薄壁储油结构件壁厚为2mm，采取参数为：电极材料：铈钨，电极直径：2～3mm，焊接电流：80A。
(6)焊接完成后外形面打磨光滑，用抛光砂轮进行抛光处理。
(7)对补焊区域进行X光检查，确定补焊区域不存在裂纹、未焊透、未熔合、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷，满足HB5480-1991《高强度铝合金优质铸异形薄壁储油结构件》中一类B级要求。
实施例2
本实施例提供了一种异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，该异形薄壁储油结构件的厚度为3mm，该缺陷修复方法包括以下步骤：
(1)通过X射线检查异形薄壁储油结构件上存在的铸造冶金缺陷，通过底片与实际异形薄壁储油结构件确定异形薄壁储油结构件的缺陷位置，并准确标记，定位待补焊区域。
(2)焊前清理，采用风铣刀排除异形薄壁储油结构件冶金缺陷，形成坡口状，利用X射线检测确认缺陷彻底排除，利用刮刀清理异形薄壁储油结构件表面13mm区域内的氧化膜至金属光亮。
(3)制作随型石墨垫块，要求与异形薄壁储油结构件内型面随型，这样能够保证焊接完成后异形薄壁储油结构件内型面不会形成较大焊瘤，焊后只需简单抛光处理即可；随型石墨垫块厚度为异形薄壁储油结构件待补焊区域壁厚的3倍，石墨垫块大小超过待补焊区域边缘14mm，利用石墨的强激冷、导热、蓄热能力提高焊接熔池金属液的过冷度，实现快速结晶，使得微小气孔由于过冷度大，来不及形核长大就完成结晶，保证焊接合格率。
(4)焊前异形薄壁储油结构件预热，将异形薄壁储油结构件整体置于真空保温炉中预热，温度155℃，保温1.6h。
(5)手工钨极氩弧焊补焊，该补焊区域蒙皮壁厚为3mm,采取参数为：电极材料：铈钨，电极直径：3mm，焊接电流：84A。
(6)焊接完成后外形面打磨光滑，用抛光砂轮进行抛光处理。
(7)对补焊区域进行X光检查，确定补焊区域不存在裂纹、未焊透、未熔合、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷，满足HB5480-1991《高强度铝合金优质铸异形薄壁储油结构件》中一类B级要求。
实施例3
本实施例提供了一种异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，该缺陷修复方法包括以下步骤：
(1)通过X射线检查异形薄壁储油结构件上存在的铸造冶金缺陷，通过底片与实际异形薄壁储油结构件确定异形薄壁储油结构件的缺陷位置，并准确标记，定位待补焊区域。
(2)焊前清理，采用风铣刀排除异形薄壁储油结构件的冶金缺陷，在缺陷处形成坡口状，利用X射线检测确认缺陷彻底排除，利用刮刀清理异形薄壁储油结构件表面14mm区域内的氧化膜至金属光亮。
(3)制作随型铝合金垫块，要求与异形薄壁储油结构件内型面随型，这样能够保证焊接完成后异形薄壁储油结构件内型面不会形成较大焊瘤，焊后只需简单抛光处理即可；随型铝合金垫块厚度为异形薄壁储油结构件待补焊区域壁厚的4倍，铝合金垫块大小超过待补焊区域边缘15mm，铝合金垫块的导热系数比较大，利用铝合金的强导热能力来提高焊接熔池金属液的过冷度，实现快速结晶，使得微小气孔由于过冷度大，来不及形核长大就完成结晶，保证焊接合格率。
(4)焊前异形薄壁储油结构件预热，将异形薄壁储油结构件整体置于真空保温炉中预热，温度155℃，保温1.6h。
(5)手工钨极氩弧焊补焊，该补焊区域蒙皮壁厚为5mm，采取参数为：电极材料：铈钨，电极直径：3mm，焊接电流：85A。
(6)焊接完成后外形面打磨光滑，用抛光砂轮进行抛光处理。
(7)对补焊区域进行X光检查，确定补焊区域不存在裂纹、未焊透、未熔合、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷，满足HB5480-1991《高强度铝合金优质铸异形薄壁储油结构件》中一类B级要求。
对照例1
针对精加工完成后的薄壁复杂件一般采用将缺陷区域用数控加工床加工掉，然后加工同材质的对用补丁，再采用电子束焊工艺进行焊接成形，主要缺点：1、修复周期长；2、适应性差，灵活性不强；3、造成资源浪费，成本高。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
本发明在补焊过程中使用随型石墨垫块，实现了焊接区域的高质量修复；利用随型垫块(垫块与异形薄壁储油结构件内型面间隙不超过2mm)达到两个作用：一是利用随型垫块作为熔池的支撑，使得熔池在随型垫块的支撑作用下进行随型凝固，以避免出现焊透情况而出现焊瘤，避免了后期的打磨处理工作，提高了工作效率；二是利用随型垫块的导热能力及蓄热能力增加熔池金属液的过冷度，以形成温度梯度，提熔池高凝固区域的质量，减小热影响区的范围。
另外，本发明采用手工氩弧焊，手工氩弧焊的焊接过程是在高功率输出下形成高热量，将焊丝熔化在需要补焊部位，形成一个小熔池，并且使补焊修复过程中焊接熔池冷却快速结晶，使得微小气孔由于过冷度大，来不及形核长大就完成结晶，使焊材与母材达到冶金结合，保证了焊接合格率，且完全不会出现焊透而导致焊瘤现象产生。
最后，本发明避免了异形薄壁储油结构件缺陷修复时采用电子束焊方式的对弧面、内腔等复杂部位缺陷修复的使用性差问题，实现手工氩弧焊的高质量、低成本修复。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、定位待补焊区域；
步骤2、焊前清理，采用机械清理的方法清除焊接部位及周围的油污、氧化物、型砂，缺陷清理后根据具体情况进行目视、荧光或者X射线照相检验，确认缺陷已排除；
步骤3、制作垫块；
步骤4、将待补焊的异形薄壁储油结构件进行预热；
步骤5、利用手工钨极氩弧焊补焊；
步骤6、焊接完成后将异形薄壁储油结构件外型面打磨光滑，用抛光砂轮进行抛光处理；
步骤7、对补焊区域进行X光检查。
2.根据权利要求1所述的异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，其特征在于，在所述步骤1中，通过荧光检查、X射线检查确定异形薄壁储油结构件的缺陷位置，并准确标记，以定位待补焊区域。
3.根据权利要求1所述的异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，其特征在于，在所述步骤2中，采用不锈钢丝刷或刮刀进行焊前清理，焊前清理区域包括焊接区域及向焊接区域***延伸10mm～15mm，将清理区域的氧化膜至金属光亮。
4.根据权利要求3所述的异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，其特征在于，在所述步骤2中，缺陷清理后，在补焊区域处制备坡口，所述坡口的形状为V型，所述坡口的开口角度为60-70°。
5.根据权利要求3所述的异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述垫块为随型石墨垫块，所述随型石墨垫块与异形薄壁储油结构件的内型面随型；
所述随型石墨垫块与异形薄壁储油结构件的内型面之间的间隙小于等于2mm。
6.根据权利要求5所述的异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，其特征在于，在所述步骤3中，随型石墨垫块的厚度至少为异形薄壁储油结构件待补焊区域壁厚的2倍；
所述随型石墨垫块的大小大于等于所述焊前清理区域大小。
7.根据权利要求1所述的异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，其特征在于，在所述步骤4中，预热温度为150～200℃，预热后保温时间为1～2h。
8.根据权利要求1所述的异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，其特征在于，在所述步骤5中，确定补焊工艺参数：当焊接厚度≤2mm时，电极材料采用铈钨，电极直径为1～2mm，焊接电流为45-55A；
当焊接厚度为2～4mm时，电极材料采用铈钨，电极直径为2～3mm，焊接电流为75-85A。
9.根据权利要求1所述的异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，其特征在于，所述垫块为随型铝合金垫块，所述随型铝块垫块与异形薄壁储油结构件的内型面随型；
所述随型铝合金垫块与异形薄壁储油结构件的内型面之间的间隙小于等于2mm。
10.根据权利要求1至9所述的异形薄壁储油结构件的缺陷修复方法，其特征在于，异形薄壁储油结构件的薄壁厚度为2-5mm。
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