補(bǔ)焊
關(guān)注創(chuàng)建者：hitliuyong 創(chuàng)建時(shí)間：2020-10-30
補(bǔ)焊的視頻教程
MSC.Marc 2018 焊接及補(bǔ)焊模擬
該教程主要演示marc2018焊接及補(bǔ)焊的模擬過(guò)程。 補(bǔ)焊過(guò)程是在初始焊接殘余應(yīng)力及變形的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，且補(bǔ)焊計(jì)算需要研究不同的補(bǔ)焊參數(shù)的對(duì)比，比如不同的補(bǔ)焊尺寸、補(bǔ)焊熱輸入等，因此最有效率的做法就是將焊接過(guò)程和補(bǔ)焊過(guò)程分來(lái)來(lái)算，即后續(xù)的補(bǔ)焊模擬調(diào)用初始焊接的后處理結(jié)果作為初始條件，這樣就避免了每種補(bǔ)焊參數(shù)都要計(jì)算一次焊接過(guò)程了。 具體流程如下：
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ABAQUS 考慮材料硬化的平板對(duì)接補(bǔ)焊分析
本案例分享了使用ABAQUS計(jì)算平板對(duì)接補(bǔ)焊的殘余應(yīng)力場(chǎng)的方法，共包括一下幾個(gè)部分: 焊接分析模型的建立及焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算； 初始焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)的導(dǎo)入：不包含硬化材料的導(dǎo)入方法；包含材料硬化的導(dǎo)入方法 補(bǔ)焊分析模型建立及補(bǔ)焊后殘余應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算； 焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)與補(bǔ)焊殘余應(yīng)力場(chǎng)對(duì)比； 焊縫生死單元的設(shè)定流程及示例； 含硬化材料初始應(yīng)力場(chǎng)應(yīng)力釋放的原因分析及解決對(duì)策 上述6點(diǎn)為本課程包含的要點(diǎn)
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ABAQUS焊接 從大一到研二
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補(bǔ)焊的實(shí)例教程
直接在模具上進(jìn)行補(bǔ)焊的解決方案
從前面的分析我們可以得到啟示：要解決Cr12MoV補(bǔ)焊的再熱裂紋和冷裂紋，關(guān)鍵是要解決補(bǔ)焊過(guò)程中的熱影響問(wèn)題，解決了熱影響問(wèn)題。就可以實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在模具上直接對(duì)Cr12MoV鑲塊進(jìn)行補(bǔ)焊。
筆者通過(guò)研究和實(shí)踐，提出兩種在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的模具上直接進(jìn)行Cr12MoV鋼刃口補(bǔ)焊的解決方案，無(wú)需進(jìn)行爐內(nèi)預(yù)熱和后熱。下面就介紹這兩種現(xiàn)場(chǎng)焊接方案，并與傳統(tǒng)的焊接工藝進(jìn)行對(duì)比說(shuō)明。
1. 方案一：常溫下的精密補(bǔ)焊
第一種解決方案的思路，是控制焊接電流產(chǎn)生的熱量。
選用設(shè)備：SH-01高精密冷焊機(jī)；焊絲：SKD-11（0.3mm）激光焊絲；焊接電流：3A。
原理：精密補(bǔ)焊主要是通過(guò)設(shè)備的充電電容，以10-3～10-1 s的周期，10-6～10-5 s的超短時(shí)間放電，等離子化狀態(tài)的熔融金屬以冶金的方式過(guò)渡到工件的表層，并與母材之間產(chǎn)生了合金化作用，向工件內(nèi)部擴(kuò)散、熔滲。
焊接工藝：焊前將焊絲在250～350℃下烘焙1h，并保持該溫度，隨用隨取；清潔母材表面，去除油污，并將開(kāi)裂或缺損處打磨干凈，不需要預(yù)熱；采用脈沖點(diǎn)焊方式對(duì)坡口進(jìn)行修補(bǔ)，可連續(xù)施焊；焊后無(wú)需對(duì)焊接部位敲擊去應(yīng)力，采用風(fēng)扇直吹，強(qiáng)制空冷；至室溫后，清渣并打磨焊接部位。焊接部位硬度可達(dá)HRC58～60。
優(yōu)點(diǎn)：此方案焊補(bǔ)精度高，起弧電流和時(shí)間能得到精確控制，克服了補(bǔ)焊過(guò)程對(duì)工件的沖擊，確保輸入的能量?jī)H夠用于焊絲與工件之間的熔合，熱影響區(qū)極小，焊縫結(jié)合度高，特別適合于2.0mm以下缺口的補(bǔ)焊；焊接設(shè)備體積小，質(zhì)量輕、移動(dòng)方便，可直接在現(xiàn)場(chǎng)模具上進(jìn)行補(bǔ)焊。
缺點(diǎn)：需要導(dǎo)入高精密冷焊機(jī)和專(zhuān)用焊絲，增加投資。
2. 方案二：模擬常規(guī)補(bǔ)焊熱處理環(huán)境下的氬弧焊
第二種解決方案的思路是化整為零，控制熱影響的區(qū)域。
展開(kāi) (a) 未補(bǔ)焊 (b) 1次補(bǔ)焊 (c) 2次補(bǔ)焊 (d) 3次補(bǔ)焊
圖5 合金X射線探傷照片
拉伸試驗(yàn)
可以看出，每次補(bǔ)焊后試樣抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率均有所減小，且斷裂位置均在焊接區(qū)域。1次、2次、3次焊接熱處理后與未焊接試樣相比，抗拉強(qiáng)度分別降低8.4%、13.1%、20.3%，伸長(zhǎng)率分別降低14.1%、34.3%、52.1%。但多次補(bǔ)焊和熱處理的試樣抗拉強(qiáng)度、硬度均高于標(biāo)準(zhǔn)要求，這是由于低壓鑄造使鋁合金的性能大幅度提高，可以改善流線缺陷對(duì)鋁合金性能的不利影響。
圖5.5熱焊補(bǔ)焊區(qū)造型示意圖
a) 中間缺陷補(bǔ)焊 b) 邊角缺陷補(bǔ)焊
造型材料可用型砂加水玻璃或黃泥。內(nèi)壁最好放置耐高溫的石墨片(一般用石墨廢電極制成)，以防止造型材料受熱熔化或下塌，并應(yīng)在焊前進(jìn)行烘干。
(4)焊接
焊接時(shí)，為保持預(yù)熱溫度，縮短高溫工作時(shí)間，要求在最短的時(shí)間內(nèi)焊完，故宜采用大電流、長(zhǎng)弧、連續(xù)焊。
采用適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)弧焊將有利于藥皮的熔化以及石墨向焊縫中過(guò)渡。
電弧熱焊適用于中厚(>10mm以上)鑄件的大缺陷補(bǔ)焊。對(duì)于8mm以下的薄壁鑄件補(bǔ)焊時(shí)，因容易燒穿，故不宜使用。
(5)焊后緩冷：常用保溫材料(如石棉灰等)覆蓋，最好隨爐冷卻。
3．半熱焊工藝
為了降低預(yù)熱溫度，改善勞動(dòng)條件，人們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)提高焊縫的石墨化能力，采用300-400℃的整體或局部預(yù)熱，用于剛度較小鑄件的焊接，也能收到較好的效果。
在鑄件補(bǔ)焊處應(yīng)力較小時(shí)，往往采用這種半熱焊工藝。
一般情況下可采用“Z208”或“Z248”鑄鐵焊條。半熱焊工藝過(guò)程基本與熱焊時(shí)相同，即大電流、長(zhǎng)弧、連續(xù)焊，焊后保溫緩冷。電弧半熱焊只能用于補(bǔ)焊區(qū)剛度較小或鑄件形狀較簡(jiǎn)單的情況。
(二)氣焊
很適于薄壁鑄件的補(bǔ)焊。一般氣焊主要適用于剛度小的薄壁件的缺陷補(bǔ)焊。
對(duì)剛度大的薄壁件缺陷補(bǔ)焊，為了減低焊接應(yīng)力，防止裂紋出現(xiàn)，宜采用焊件整體預(yù)熱的氣焊熱焊法進(jìn)行。預(yù)熱溫度為600～700℃，焊后應(yīng)采取緩冷措施。
1．氣焊焊接材料
焊絲中碳、硅含量應(yīng)較熱焊時(shí)稍高。一般氣焊時(shí)(實(shí)際相當(dāng)于局部預(yù)熱)，焊縫中w(C+Si)總量約為7％。
我國(guó)焊接鑄鐵所用氣焊熔劑的統(tǒng)一牌號(hào)為“CJ201”
2．灰鑄鐵氣焊工藝
1)氣焊前要對(duì)鑄件進(jìn)行清理
2)應(yīng)根據(jù)鑄件厚度適當(dāng)選用較大號(hào)碼的焊炬及焊嘴，以提高火焰能率，增大加熱速度。
展開(kāi) 如離心泵口環(huán)已有溝槽等缺損或已破裂或間隙超過(guò)所規(guī)定的數(shù)值時(shí)，應(yīng)更換新口環(huán)或?qū)⒃诃h(huán)補(bǔ)焊修復(fù)。
離心泵在運(yùn)行中，離心泵口環(huán)與葉輪的相應(yīng)圓周是同時(shí)磨損而造成間隙增大超過(guò)規(guī)定數(shù)值的，因?yàn)樾驴诃h(huán)內(nèi)徑應(yīng)按葉輪入口外徑來(lái)配制，葉輪與離心泵口環(huán)之間的徑向間隙的規(guī)定。在修理過(guò)程中，這個(gè)間隙力求小一點(diǎn)，才能提高泵的工作效率和延長(zhǎng)使用期限。
口環(huán)材質(zhì)一般可用灰鑄鐵HT200、錫青銅或錫青銅一軸承合金（巴氏合金）。對(duì)于掛有軸承合金的銅口環(huán)，當(dāng)間隙磨大時(shí)，只需重掛合金，元需更換新口環(huán)。
當(dāng)原有合金磨損量不大而又無(wú)剝離、脫落現(xiàn)象時(shí)，可用補(bǔ)焊方法修復(fù)。補(bǔ)焊步驟如下：
①用5％的鹽酸清洗、活化一遍。
②放到溫度為90℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為l0％的燒堿液中浸洗10min，然后置入90℃的清水中清洗。
③補(bǔ)焊合金。把口環(huán)預(yù)熱到l00℃左右，用氣焊適當(dāng)熔開(kāi)口環(huán)上原有合金，用與原合金相同牌號(hào)的合金預(yù)鑄成焊條，沿離心泵口環(huán)圓周或縱長(zhǎng)方向一道道均勻堆焊上去（不得反復(fù)重焊）。焊接完畢后，即可進(jìn)行機(jī)械加工達(dá)到所要求的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。
如果合金產(chǎn)生剝離、脫落或磨損量太大而無(wú)法采用補(bǔ)焊修復(fù)時(shí)，則要重新澆掛合金。
新口環(huán)裝上后，應(yīng)檢查它與葉輪的間隙是否符合表1的要求。同時(shí)，要檢查兩者間有無(wú)摩擦現(xiàn)象，其方法是在轉(zhuǎn)子部分涂上紅鉛粉，然后轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，若口環(huán)上沾有紅鉛粉則必須返修。
展開(kāi) 1．熱焊法
焊前將工件整體或局部預(yù)熱到600～700℃ ，焊接熔深檢測(cè)實(shí)例補(bǔ)焊過(guò)程中不低于400℃，焊后緩慢冷卻至室溫。采用熱焊法可有效減小焊接接頭的溫差，焊接熔深缺陷分析從而減小應(yīng)力，同時(shí)還可以改善鑄件的塑性，防止出現(xiàn)白口組織和裂紋。
常用的焊接方法是氣焊和焊條電弧焊。焊接熔深檢測(cè)儀氣焊常用鑄鐵氣焊絲，如HS401或HS402，配用焊劑CJ201，以去除氧化物。鍋爐焊接熔深分析氣焊預(yù)熱方法適于補(bǔ)焊中小型薄壁零件。焊條電弧焊選用鑄鐵芯鑄鐵焊條Z248或鋼芯鑄鐵焊條Z208，焊接熔深尺寸檢驗(yàn)測(cè)量此法主要用于補(bǔ)焊厚度較大(大于10mm ) 的鑄鐵零件溶深檢測(cè)系統(tǒng)。熱焊法的焊接設(shè)備主要有加熱爐、焊炬、壓力容器焊接熔深測(cè)量電爐(油爐或地爐)等，
2．冷焊法
此方法是焊前不對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱，焊接的對(duì)接接頭熔深檢測(cè)或預(yù)熱溫度不超過(guò)300℃。常用焊條電弧焊進(jìn)行鑄鐵冷焊。焊接熔深測(cè)量?jī)x根據(jù)鑄鐵工件的要求，可選用不同的鑄鐵焊條，視頻焊接熔深測(cè)量?jī)x如補(bǔ)焊一般灰鑄鐵零件非加工面選用Z100焊條，補(bǔ)焊高強(qiáng)度灰鑄鐵及球墨鑄鐵零件選用Zll6或Z117焊條。焊接熔深檢測(cè)系統(tǒng)冷焊法的焊接設(shè)備為普通的電弧焊設(shè)備，
3．加熱減應(yīng)焊法
此方法是不事先加熱焊件，管道熔深分析檢測(cè)系統(tǒng)而在施焊前和施焊中加熱焊件的“加熱減應(yīng)區(qū)”，汽車(chē)零件熱板焊接檢測(cè)使其不阻礙焊縫的收縮，從而減少內(nèi)應(yīng)力， 避免產(chǎn)生裂紋。汽車(chē)零部件件座椅連接器焊接溶深檢測(cè)加熱減應(yīng)區(qū)可選取一處或多處，其選取原則為：
1) 焊縫溶深測(cè)量?jī)x應(yīng)是阻礙焊縫膨脹的部位。當(dāng)該部位加熱冷卻時(shí)， 使焊縫有獲得自由熱膨脹和冷收縮的可能測(cè)量焊縫溶深的顯微鏡。
2) 焊接熔透力檢測(cè)應(yīng)是與其它部位聯(lián)系不多且強(qiáng)度較大的部位。
3)自身的變形對(duì)其它部位應(yīng)無(wú)很大影響，不至于因它的變形而損壞其它部位。
展開(kāi) 
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補(bǔ)焊的最新內(nèi)容
模型部署在焊槍中，能迅速判斷焊點(diǎn)是否合格，并輸出不合格圖示，及時(shí)提示人工補(bǔ)焊，有效避免了問(wèn)題產(chǎn)品流入市場(chǎng)。
02工業(yè)中的 AI 應(yīng)用
除了上述案例，AI也在其他領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
在材料研發(fā)方面，AI同樣能夠提供強(qiáng)大助力。
一旦檢測(cè)出可能的虛焊問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)立即反饋給人工進(jìn)行補(bǔ)焊處理，從而顯著降低返工率。
PMS鋼還具有良好的焊接性能，補(bǔ)焊區(qū)域硬度為30HRC左右，可以進(jìn)行機(jī)械加工，鋼中不含S等易切削元素，補(bǔ)焊時(shí)沒(méi)有SO2氣體逸出，補(bǔ)焊質(zhì)量?jī)?yōu)良，為模具補(bǔ)焊修復(fù)提供了方便。含碳量在下限時(shí)，PMS鋼實(shí)際上是一種Fe-Ni-Al-Cu合金，可以擠壓成形，對(duì)于形狀復(fù)雜的模具，這一優(yōu)點(diǎn)顯得特別重要。
圖5 工藝可行性分析
通過(guò)分析，得出本部件沖壓過(guò)程局部起皺，是結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)致，結(jié)合CAE分析過(guò)程，提出整改建議：模具通過(guò)增大壓邊力、補(bǔ)焊拉延筋，減小壓料面閉合間隙，增大材料流動(dòng)阻力，減緩過(guò)渡區(qū)起皺現(xiàn)象。
氣割或機(jī)械剪切的零件，需要進(jìn)行邊緣加工時(shí)，其刨削量不應(yīng)小于2.0mm
3、 在制孔時(shí)，螺栓孔的精度及允許偏差應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定，當(dāng)螺栓孔的允許偏差超過(guò)規(guī)范規(guī)定時(shí)，不得采用鋼塊填塞，可采用與母材材質(zhì)相匹配的焊條補(bǔ)焊后重新制孔；在組裝前，零部件應(yīng)經(jīng)檢查合格，連接接觸面和沿焊縫邊緣每邊30mm- - 50mm范圍內(nèi)的鐵銹、毛刺、污垢、冰雪等應(yīng)清除干凈，板材、型材的拼接，應(yīng)在組裝前進(jìn)行；構(gòu)件的組裝應(yīng)在部件組裝
磨損較輕，則不進(jìn)行處理，重者需補(bǔ)焊硬質(zhì)合金或更換導(dǎo)軌。
③閥板平面與閥座端面的冷態(tài)間隙為
2.2mm
~
2.5mm
。間隙測(cè)量時(shí)可用塞尺在閥板處于全關(guān)位置時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)。然后將閥板開(kāi)到30%、50%、80%幾個(gè)位置檢查有無(wú)變化。有時(shí)內(nèi)外差間隙相差很大，嚴(yán)重時(shí)可使閥在熱狀態(tài)下關(guān)不死。對(duì)個(gè)別部位可用角砂輪打磨，多者上磨床處理。
2)應(yīng)用: 氣焊的不足之處是，補(bǔ)焊時(shí)間長(zhǎng)，補(bǔ)焊效率較低。此外，有時(shí)對(duì)已加工件焊補(bǔ)，因變形問(wèn)題而難于采用。該法主要應(yīng)用于新鑄件小缺陷的補(bǔ)焊。
常規(guī)補(bǔ)焊方法用于鋁合金鑄件缺陷補(bǔ)焊時(shí),為避免焊接缺陷,應(yīng)注意焊前清理、選配合理的焊絲填料和正確的焊接工藝規(guī)范,通常宜選用交流TIG補(bǔ)焊。
在鑄件缺陷情況特殊和條件具備時(shí),可以結(jié)合實(shí)際采用特種補(bǔ)焊方法,以便提高鋁合金鑄件的補(bǔ)焊質(zhì)量。
某一焊接順序示意圖
b）工裝優(yōu)化方案
共設(shè)計(jì)兩種方案用于比夾具定位與焊接區(qū)域距離對(duì)焊接變形影響；
共設(shè)計(jì)兩種方案用于對(duì)比補(bǔ)焊夾具增加定位夾具與否的影響。
支撐夾緊及補(bǔ)焊定位點(diǎn)示意圖
c）搭接間隙管控
共設(shè)計(jì)兩種方案用于評(píng)價(jià)搭接間隙對(duì)三面搭接焊接變形的影響。
一般運(yùn)行三年以上才進(jìn)行大修，時(shí)間約5-15天，大修內(nèi)容除上述小修、中修內(nèi)容外還應(yīng)檢查有沒(méi)有損壞、銹蝕的零部件，應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行補(bǔ)焊或更換。焊渣毛刺除凈。
