齒狀堆焊法制造技術(shù)

齒狀堆焊法以先“峰”后“谷”的順序進行焊接，將溶敷金屬分割成為數(shù)個局部，使焊接應(yīng)力與變形在每個局部被消減，并在堆焊過程中進行質(zhì)量監(jiān)控，使變形和應(yīng)力比常規(guī)冷焊法減少９０％以上。（*該技術(shù)在2008年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于焊接領(lǐng)域中堆焊工藝方法的改進。焊接過程中防止變形和避免殘余應(yīng)力的工藝方法分為兩類一是熱焊法，對所焊工件進行焊前預(yù)熱;焊后緩冷，可以有效地防止變形消除應(yīng)力，但是熱加工給焊接造成惡劣環(huán)境，消耗能源，并且難以適應(yīng)于大型構(gòu)件或已經(jīng)過精加工后的堆焊件以及堆焊修復(fù)件。二是冷焊方法，其用于堆焊工藝中有六種方式(1)反變形法;(2)剛性固定法;(3)敲擊法;(4)選擇較小的焊接規(guī)范;(5)開緩和槽法;(6)斷續(xù)焊接法;上述六種方法可適用于各種不同的場合并能減小變形和殘余應(yīng)力。焊接應(yīng)力與焊接變形是極為復(fù)雜的多因素現(xiàn)象，歸結(jié)起來最重要的因素有兩個一是在焊接熱循環(huán)過程中，焊接區(qū)附近母材中產(chǎn)生的塑性應(yīng)變，二是熔敷金屬從凝固開始冷確到室溫時所產(chǎn)生的收縮和縮性應(yīng)變，通常情況下是在焊接過程中所引起的溫度變化，而焊道附近復(fù)雜的拘束使母材和熔敷金屬不能隨著溫度的變化自由膨脹和收縮而發(fā)生的應(yīng)力變化。所以才發(fā)展各種克服應(yīng)力的焊接方法來消除這些復(fù)雜的拘束。通常防止變形的方法，在同樣結(jié)構(gòu)的情況下，較多考慮到的是盡可能用小的焊接線能量和較短的焊道施以母材較少的熱，以減少拘束，而很少考慮到焊道本身(熔敷金屬)的收縮應(yīng)變是否能不施加給母材，同時給母材以更少的熱和力，而能達到較好的綜合效果。例如斷續(xù)焊接法，其運用減少每條焊道的長度，有效地控制了施以母材的熱量，但這種方法在堆焊工藝過程中還存在兩個缺點一是每條焊道無論分為幾段，但最終還是連接成為一個焊道存在于一個整體平面上，雖然每段焊道的應(yīng)力減小了，但所有各段焊道的應(yīng)力仍然要疊加起來，所有總的應(yīng)力并沒有明顯的減少，二是焊接效率較低。本專利技術(shù)是為了克服上述堆焊工藝的缺點，其目的是為了解決大面積，多層次，較復(fù)雜結(jié)構(gòu)堆焊過程中避免產(chǎn)生的變形和過大的殘余應(yīng)力。本專利技術(shù)對常規(guī)堆焊方法的整體布局進行了改進，常規(guī)堆焊方法的整體布局是每條焊道(無論長短，寬窄以及運行方向如何)之間都按相壓三分之一排列，而且均是排列完第一層之后再進行第二層，第三層……。這樣，堆焊金屬最終是一個整體，而其應(yīng)力也必然是互相疊加的整體，以整體的應(yīng)力施加給母材，所以母材承受的焊接應(yīng)力與變形隨著堆焊熔敷金屬量的增加而增加。變形(理論計算)為4毫米以上。而本專利技術(shù)的特點是在堆焊面上(對變形要求最苛刻的面)確定與要求不變形的面平行的焊道運行方向(圖一)，然后確定與堆焊面垂直，中心的位置為第一“峰”位置，“峰”就是將堆焊金屬從母材表面一直向上一層一層堆焊，直至堆到整體要求的堆焊高度為止(圖二)。這樣，在堆焊面的中間位置就形成了一條多層焊道組成的齒狀，然后按照一定的距離以第一“峰”位置的左右交替順序確定第二，第三，……以至更多的“峰”位。在堆焊母材的表面就形成了多個“峰”和“谷”，其橫斷面就形成了鋸齒狀。然后，在第一“峰”位兩邊的“谷”中任選一個作為第一“谷”位，再按交替順序?qū)ⅰ肮取碧钇健Ｃ刻钜粋€“谷”也是從“谷”底一直堆焊至整體要求的堆焊高度，這就形成了先“峰”后“谷”的齒狀堆焊法(圖三)。齒狀堆焊法中“峰”與“谷”之幾何尺寸的關(guān)系如下母材厚度H;母材寬度B;“峰”高(堆焊金屬厚度)F≤1/3H;焊道寬度(加強高度)H1＝1/10H;焊道寬度B1＝3H1;“峰”底寬度F1＝(B1-1/3B1)3;“谷”底寬度G＝2/3F1;“峰”頂寬度F2＝G;“谷”頂寬度G1＝F1;“峰”數(shù)Fn＝B/F1+G;第一“峰”位Fw1＝B/2;焊道長度L1≤20B1。并要求焊條走向與不變形面平行。多個“峰”與“谷”將一個堆焊面的整體分割成無數(shù)個局部，而焊接應(yīng)力與變形在每個局部被大量消除了，最后，堆焊面兩端所剩的兩“谷”是應(yīng)力最集中的部位，而其應(yīng)力已減小到僅僅是這兩個“谷”自身的應(yīng)力，其焊接變形量也僅僅是這兩個“谷”所能導(dǎo)致的變量，對這兩個“谷”中每層焊道都施加錘擊，對整體而言其焊接應(yīng)力可減至最小。本專利技術(shù)為了在堆焊過程中使變形和應(yīng)力控制在較小的范圍內(nèi)(變形在0.04毫米內(nèi))，齒狀堆焊全過程實施嚴(yán)密監(jiān)控，隨時發(fā)現(xiàn)微量變形和應(yīng)力的產(chǎn)生就針對具體情況采取措施(調(diào)整工藝參數(shù))就能使堆焊過程中的變形和應(yīng)力可以被控制并抵消在每個局部過程之中，而不至于疊加成為總體的誤差達到難以消除的程度。圖四所示固定與被焊件相適應(yīng)的框架，同時相對固定被焊件，以框架上固定的杠桿千分表相對母材表面測點的變量來確定焊接過程中母材的變形。在框架與母材對應(yīng)位置上確定測量點，用杠桿千分表與進深尺配合，在每一次開始施焊時觀察儀表變量來調(diào)節(jié)起弧點，電流大小來控制焊接變量的變化，使齒狀堆焊過程中的變形和應(yīng)力控制在較小范圍內(nèi)。本專利技術(shù)齒狀堆焊法將熔敷金屬分割成一個“峰”與“谷”，除第一層熔敷金屬給母材較多的熱與力之外，第二層以上的熔敷金屬，逐漸可以自由收縮變形，層數(shù)越多反而給母材的熱與力越少，再采用小規(guī)范，錘擊，冷卻等常規(guī)方法來處理第一層焊道所導(dǎo)致的變形與應(yīng)力，采用本專利技術(shù)就可以相對提高焊接效率，例如，要在一塊 ＝20mm，0.5M2的不銹鋼板上，堆焊起高度為10mm的熔敷金屬，采用普通堆焊法，斷續(xù)焊接法和齒狀堆焊法進行對比，從表-1可以看出齒狀堆焊法的優(yōu)越性，齒狀堆焊法克服了斷續(xù)焊接法在結(jié)構(gòu)拘束力疊加方面的缺點，改變了其施焊順序的整體概念，使堆焊第三層以上的應(yīng)力幾乎在熔敷金屬自身得到抵消，不傳導(dǎo)施加給母材，同時又吸取了斷續(xù)焊接法小的線能量之優(yōu)點，在防止變形與殘余應(yīng)力上得到了較好的效果并提高了焊接效率，給多層堆焊之冷焊不變形提供了新的方法。表-1序號項目普通堆焊法斷續(xù)焊法齒狀堆焊法1焊道數(shù)1404202802焊道寬mm101063焊道長mm250852504每層變形量12.60.850.09(mm)22.40.730.0432.20.640.015橫向42.00.55051.80.4505橫向變形總量11.03.220.1456焊接用時間(分鐘)2108405007層間溫度℃1205050附圖說明圖一1，2，3，4，5為焊道運行方向A″為不允許變形面B為堆焊面圖二1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12為堆焊順序H為整體要求堆焊高度A為母材Y第一“峰”附圖三1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13為施焊順序A為母材Y-第一“峰”Z-第一“谷”圖四A為母材B″為堆焊金屬C為變形面D為千分表E為框架實施例連續(xù)聚脂3APA3釜，釜體直徑1415mm，釜長3841mm，釜容積為7.5M3，釜體以日本SUS304不銹鋼為母材。釜體南側(cè)，主動軸的填料箱發(fā)生嚴(yán)重磨損，需堆補金屬達6公斤以上，填料箱與釜體為焊接結(jié)構(gòu)，填料箱端面與軸承支座機械密封等部件精密聯(lián)接，修復(fù)焊接變形量必須控制在0.2毫米以下。焊接過程中對施焊面徹底清洗并對施焊外圍施加3Kg/cm2循環(huán)冷水。以手工鎢極氬弧施焊，采用較小的線能量，并對接觸母材的每條焊道施以6Kg/cm2氣壓錘擊，按照“峰先谷后”排列順序的齒狀堆焊法施焊。在填料箱內(nèi)壁根據(jù)每四分之一周長焊道焊完后，千分表讀數(shù)的實際變化，隨時調(diào)整，確定下一焊道線能量波動伏度和新的起弧點。用焊接測溫儀隨時測定熱傳導(dǎo)范圍，層間溫度。每堆焊完一個“峰”或填完一個“谷”，測定應(yīng)力值，并用進深尺測定端面變量。堆焊焊道247道將被磨損面填平，填料箱端面與原始狀態(tài)相差0.04毫米，低于本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種控制變形和應(yīng)力的堆焊方法其特征是在堆焊面上確定與要求不變形的面平行的焊道運行方向，再確定與堆焊面垂直，中心的位置為第一“峰”位置，將堆焊金屬從母體處一直向上一層層堆焊，直至堆焊至整體要求的堆焊高度為止，以第一“峰”位左右交替順續(xù)確定第二，三以至更多的“峰”位。在第一“峰”位兩邊任選一個做為第一“谷”位，然后以交替順序依次將“谷”填平，每填一個“谷”也同樣是從“谷”底一直堆焊到整體要求的堆焊高度，形成了先“峰”后“谷”的齒狀堆焊法，“峰”與“谷”幾何尺寸的關(guān)系表示如下：母材厚度為Ｈ；母材寬度為Ｂ；“峰”高（堆焊金屬厚度）為Ｆ≤１／３Ｈ；焊道厚度（加強高度）為Ｈ↓［１］＝１／１０Ｈ；焊道寬度為Ｂ↓［１］＝３Ｈ↓［２］；“峰”底寬度Ｆ↓［１］＝（Ｂ↓［１］－１／３Ｂ↓［１］）３；“谷”底寬度為Ｇ＝２／３Ｆ↓［１］；“峰”頂寬度Ｆ↓［１］＝Ｇ；“谷”頂寬度Ｇ↓［１］＝Ｆ↓［１］；“峰”數(shù)Ｆｎ＝Ｂ／Ｆ↓［１］＋Ｇ；第一“峰”位ＦＷ↓［１］＝Ｂ／２；焊道長度Ｌ↓［１］≤２０Ｂ↓［１］。并在齒狀堆焊過程中實行全過程監(jiān)測與控制檢驗堆焊質(zhì)量。并按照焊接工藝 參數(shù)調(diào)整。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄭善，
申請(專利權(quán))人：天津石油化工公司建筑安裝工程公司機械廠，
類型：發(fā)明
國別省市：12[中國|天津]