[发明专利]一种钛合金轴类磨损件的弧焊增材再制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及堆焊修复工艺技术领域，特别是涉及一种钛合金轴类磨损件的弧焊增材再制造方法。

背景技术

钛合金材料具有密度低、耐蚀性强、比强度高等优点，同时其在无磁性、超导性和储氢量等方面所表现出的优异性能，使得其在航空航天、舰船航母、深海探测、国防军工等尖端科技和关键技术领域得到了越来越广泛的应用。可用于钛及钛合金材料的连接技术主要有激光焊、电子束焊、激光－电弧复合焊接、搅拌摩擦焊、胶结、活性钎焊和软钎焊等。其中MIG焊接工艺因熔敷速度快、经济性好、易于自动化而成为重要的钛合金连接技术之一。白永红采用激光焊接工艺实现了鱼唇型薄壁蒙皮零件的焊接，并申报了发明专利“一种钛合金鱼唇型薄壁蒙皮零件的激光焊接方法和装置”(申请号：201410193405.1)。郑欣提出了采用电子束焊接的方法来实现钛合金转子组件的焊接，申报了发明专利“一种钛合金转子组件的真空电子束焊接方法(申请号：201410276152.4)，在该发明中提出了5道焊缝的焊接顺序为：先进行Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ的顺序，再进行Ⅱ→Ⅳ→Ⅰ→Ⅲ→Ⅴ的顺序进行，但对搭接量未做进一步说明。除激光焊和电子束焊接之外，弧焊也是一种重要的钛合金连接技术，该技术具有熔敷速度快、经济性好、易于自动化等特点，国内外相关单位也开展了研究。美国M.W技术公司和Creare公司等对钛合金熔化极气体保护焊技术进行了研究，设计制作了气体分布管线系统来对喷嘴区域和背面保护，对弧焊工艺参数进行了优化，以120 iLT机器人、Power Wave 455R弧焊电源和Wave Designer焊接控制软件为主要组成，构建了钛合金脉冲熔化极气体保护焊实时机器人控制系统，并将该技术成果用于钛合金战斗车辆和M240机枪钛合金机匣的焊接制造。中国船舶重工集团公司第七二五研究所针对钛及钛合金大型结构件，特别是焊缝数量多、分布空间位置和复杂的薄壁板筋件焊接，开发出了钛及钛合金手工熔化极惰性气体保护焊工艺，并申报了专利《一种钛及钛合金熔化极惰性气体保护焊接技术》(公开号：CN101462194A)。张学军等人申请了“采用氩弧焊修复飞机钛合金滑轨凹坑的工艺方法”专利(申请号：201410192852.5)，提出通过钨极氩弧焊与喷丸强化相结合来实现对滑轨凹坑的修复。上述研究主要是围绕新品制造和点状损伤开展的。

轴类件的磨损失效是钛合金零部件磨损失效的重要形式。轴类件的常见损伤主要有线形磨损和面状磨损，其中线形磨损又可分为直线、曲线磨损，直线磨损主要沿轴向分布，曲线磨损主要沿径向分布，面状磨损可分为弧型和圆周型曲面磨损。与板类钛合金零件的磨损修复相比，钛合金轴类件的磨损成形再制造对气体保护装置、保护气体控制、弧焊再制造路径规划、搭接量等要求更为特殊和苛刻，而现有的MIG弧焊技术难以满足需要。存在的主要问题是：(1)针对钛合金轴类件MIG弧焊再制造，缺乏合理、高效的气体保护装置；(2)弧焊过程中保护气体如何调控尚未解决；(3)针对不同类型的轴面损伤如何进行弧焊再制造路径规划；(4)如何在不同成形再制造路径规划下快速确定焊枪运动速度、变位机角速度。

发明内容

本发明针对钛合金轴类件的磨损修复问题，提供了一种钛合金轴类磨损件的弧焊增材再制造方法，其目的是能够针对轴类钛合金件的线形、曲面磨损，快速确定焊枪运动速度、变位机旋转角速度、气体保护装置类型和保护气供送时间，解决了轴类钛合金磨损件弧焊增材再制造过程中的再制造路径规划、焊枪和变位机速度确定、气体保护等难题，增强了轴类钛合金件MIG弧焊增材再制造的气体保护效果，提高了几何尺寸精度控制和组织均匀性，缩短了再制造周期，节约了修复材料，实现了钛合金轴类件磨损的高效增材再制造。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种钛合金轴类磨损件的弧焊增材再制造方法，包括：

弧焊增材再制造路径采用直线形弧焊再制造路径、单螺旋线弧焊再制造路径或双螺旋线弧焊再制造路径，通过变位机和弧焊机器人控制来实现；

气体保护装置外形结构为圆弧型或圆筒型；

弧焊再制造轴类件、焊枪位姿：轴类件在变位机夹持下轴向保持水平，径向平面内，焊枪与轴件的夹角为85°～95°，焊枪沿轴面水平运动；

圆弧型气体保护双微区下的保护气体供送方式：提前5s～10s开始供送气体，尔后再进行起弧；熄弧后保持焊枪位姿不变情况下，气体继续供送15s～35s；

圆筒型气体保护双微区下的保护气体供送方式：提前30s～45s开始供送气体，尔后再进行起弧；熄弧后变位机、焊枪保持位姿不变情况下，气体继续供送10s～20s；