专利名称：应用激光和微弧火花复合技术修复直臂金属薄壁管的方法
技术领域：
本发明涉及一种修补管子的方法，尤其是一种应用激光和微弧火花复合技术修复
直臂金属薄壁管的方法。
背景技术：
直臂金属薄壁管的管壁较薄，一般为0. 2 1. 5mm,如果用传统的热喷涂法修复，则会因输入热量较大，导致管壁产生变形，而且，管壁过热还会降低管壁的厚度和强度，甚 至出现管壁塌陷的情况；如果采用电镀和CVD/PVD技术，又因结合区为非冶金，结合修复层 容易脱落，承载力难以满足要求；如果采用激光熔敷修复方法，但对管壁的弯曲程度要求较 高，而且造价高且不容易操作；而如果采用涂抹胶水进行修复，因胶水使用时间短结合不牢 固，不能从根本上解决问题。综上所述，现有的修复方法均难用于直臂金属薄壁管的修复， 且现有技术中也没有可借鉴的方法，因此，当薄管壁出现孔洞后大多采用直接淘汰方式，造 成了生产资源的极大浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种应用激光和微弧火花复合技术
修复直臂金属薄壁管的方法。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种应用激光和微弧火花复合技术修复直臂金属薄壁管的方法，包括如下步骤(1)、对直臂金属薄壁管受损部位的表面进行打磨、清洗；(2)、用一片大小与受损部位相匹配的金属薄片，先将其在直臂金属薄壁管轴线的两端切割成梳齿条，再将其覆盖在受损部位，然后用激光将其各边缘焊接在直臂金属薄壁 管上；(3)、选择与直臂金属薄壁管熔点相接近的电极和金属焊丝，采用微弧火花沉积和填丝焊工艺，将金属薄片与直臂金属薄壁管之间的缝隙封闭。作为上述技术方案的优选实施例，步骤(2)中，切割采用激光切割，激光切割参数为频率为45 60Hz，脉宽为0. 2 0. 7ms，功率为150 300W。作为上述技术方案的优选实施例，步骤(2)中，所述金属薄片两端的梳齿条长度为0. 5 5mm，宽度为0. 5 2mm，相邻两梳齿条之间的间距为0. 05 0. 2mm。作为上述技术方案的优选实施例，步骤(2)中的焊接工艺为金属薄片覆盖在受损部位后，将其两端的梳齿条的外端向中间靠拢形成锥形，用激光将梳齿条的重叠部分进 行激光穿透焊，再对金属薄片的其余边缘进行激光密封焊。作为上述技术方案的优选实施例，所述激光穿透焊的参数为频率为45 60Hz，脉宽为0. 1 0. 5ms，功率为200 300W ；所述激光密封焊的参数为频率为30 45Hz，脉 宽为0. 5 2. Oms,功率为150 200W。作为上述技术方案的优选实施例，步骤(3)中，微弧火花沉积和填丝焊的参数为电压为45 110V，功率为200 1500W，频率为60 540Hz。作为上述技术方案的优选实施例，所述电极和金属焊丝与直臂金属薄壁管的熔点差的绝对值小于200°C。作为上述技术方案的优选实施例，所述金属薄片与待修复薄壁管的熔点差的绝对值小于200°C。本发明适用于管壁厚度为0. 2 1. 5mm的直臂金属薄壁管的修复，利用激光高能 量性和高脉冲性将金属薄片固定在直臂金属薄壁管的受损部位，再通过微弧火花沉积复合 技术将金属薄片完全覆盖，以将金属薄片与直臂金属薄壁管之间的缝隙封闭。微弧火花沉 积复合技术是指在应用微弧火花沉积技术对直臂金属薄壁管进行修复的同时，加入金属焊 丝增加修复效率，因为微弧火花放电时，电极变成熔融态，热传导给金属焊丝，将金属焊丝 也变成熔融态，让微弧火花沉积技术在修复中即起到沉积作用，又起到融化金属焊丝焊接 的作用。另外，由于金属薄片横向弯曲的过程中会产生大量应力集中，对焊接质量有很大的 影响，因此，本发明在焊接之前对金属薄片进行预处理，将应力集中部分进行切割，以消除 大量应力，减少弯曲部分应力集中，避免管壁在微弧火花沉积过程中出现裂纹和气孔。同 时，通过控制微弧火花加工参数降低热输入，进而在满足要求的情况下对被修复管壁的热 影响最小，对强度影响也最小，提高被修复管道的寿命。与现有技术相比，本发明具有如下优点(1)采用金属薄片多边预处理技术、激光多边焊和微弧火花沉积复合技术对金属薄壁管进行修复，兼具两种方法的优点，获得了很好的修复效果；(2)修复后修复层与基体为冶金结合，承载力高，使用寿命长；(3)修复周期时间短，操作简单、方便；(4)修复成本小，应用广泛，可对不锈钢、钛合金、紫铜等金属薄壁管进行修复。
图1为金属薄片弯曲后覆盖在直臂金属薄壁管上的示意图。图2为用微弧火花沉积技术对直臂金属薄壁管进行微弧火花沉积修复的示意图。附图标记说明1-直臂金属薄壁管、2-梳齿条、3-金属薄片、4-电极、5-金属焊丝、6_气管。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明本发明适用于管壁厚度为0. 2 1. 5mm的直臂金属薄壁管。在激光加工部分采用 的是300W激光器，电流为90 600A，脉冲频率为1 60Hz，脉宽为0. 2 20ms，功率为30 300W ；微弧火花加工部分为电压为45 110V，频率为60 540Hz，功率为120 1500W。实施例1对激光器冷凝管进行修复。激光器冷凝管由于长时间在极冷极热的条件下工作， 直臂薄壁管在高压、高温作用下极易产生疲劳出现孔洞，冷凝管无法进行制冷。冷凝管的材 质为镍基合金薄壁管，熔点为1327°C，壁厚为0. 5mm。按照如下步骤进行修复第一步、先对直臂金属薄壁管受损部位的表面用砂纸进行打磨，然后用丙酮溶液进行清洗。第二步、用一片大小与受损部位相匹配的金属薄片(在金属薄片的选择上尽量选择可塑性好，熔点与待修复薄壁管相接近的金属，本实施例中选用的是304不锈钢薄片，熔 点为1454°C )，先对金属薄片进行预处理，预处理操作如下将金属薄片在直臂金属薄壁管 轴线的两端切割成梳齿条，切割时可用激光也可用普通机械设备。本实例中采用的是激光 切割，激光切割参数为频率为55Hz，脉宽为0. 4ms，功率为270W ；梳齿条长度为0. 5mm,宽 度为2mm，相邻两梳齿条之间的间距为0. 08mm。预处理后，将金属薄片两端的梳齿条的外端向中间靠拢形成锥形(见图1)，调节 激光参数为频率为50Hz，脉宽为0. 3ms，功率为250W。将金属薄片覆盖在受损部位上，用 激光将梳齿条的重叠部分进行激光穿透焊，然后，调节激光的参数为频率为40Hz，脉宽为 1. 0ms，功率为200W，在此条件下将金属薄片其余部分焊接在直臂金属薄壁管上。这样做的 目的是为了更好的固定金属薄片，使其塑性增强，定型后与薄壁管的结合更加紧密，焊接效 果更好，从而使修复后的直臂金属薄壁管上更能满足使用要求。第三步、见图2，选择与直臂金属薄壁管熔点相接近的电极4以及金属焊丝 5，本实施例中，电极4选用镍基合金电极(熔点为1327 °C )，金属焊丝5选用意大利 Trader-SKD61 (材料主要为不锈钢)。采用微弧火花沉积复合技术对直臂金属薄壁管受损 部位所覆盖的金属薄板进行完全覆盖，以将金属薄片与直臂金属薄壁管之间的缝隙封闭。 微弧火花沉积的参数为电压88V，功率800W，频率300Hz，电极转速1500r/min，氩气保护。修 复后的激光器冷凝管最终达到生产要求工作温度300°C，管内压强2兆帕，工作满3000小 时仍无气体泄露。实施例2对工业纯钛TA2钛合金管进行修复。工业纯钛TA2管主要应用于空调、电冰箱等 家用电器的冷凝管，熔点为868°C，钛合金管的管壁厚为0. 6mm。与实施例1的修复方法相 同，不同的是在第二步中，激光切割的参数为频率为45Hz，脉宽为0. 6ms，功率为200W，氩 气保护；梳齿条长度为2mm，宽度为1. 5mm，相邻两梳齿条之间的间距为0. 10mm。激光穿透焊 的参数为频率为48Hz，脉宽为0. 2ms，功率为220W，氩气保护。密封焊接的参数为频率为 40Hz，脉宽为0. 7ms，功率为180W，氩气保护。在第三步中，电极选用镍基合金电极(熔点为 10460C )，金属焊丝选用意大利Trader-SKD61 (材料主要为不锈钢)。微弧火花沉积的参数 为电压45V，频率200Hz，功率200W，电机转速1500r/min，氩气保护。修复后能满足实际工 作要求。实施例3对黄铜薄壁管进行修复，熔点为950°C，壁厚为0. 5mm。与实施例1的修复方法相 同，不同的是在第二步中，激光切割的参数为频率为60Hz，脉宽为0. 2ms，功率为300W， 氩气保护；梳齿条长度为5，宽度为5mm，相邻两梳齿条之间的间距为0. 12mm。激光穿透焊 的参数为频率为55Hz，脉宽为0.26ms，功率为280W，氩气保护。密封焊接的参数为频 率为39Hz，脉宽为0.6ms，功率为190W，氩气保护。在第三步中，电极选用黄铜电极(熔点 为952°C)，金属焊丝选用黄铜(熔点为956°C)。微弧火花沉积的参数为电压66V，频率 300Hz，功率1200W，电机转速1500r/min，氩气保护。修复后也满足实际工作要求。以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围
权利要求
一种应用激光和微弧火花复合技术修复直臂金属薄壁管的方法，其特征在于包括如下步骤(1)、对直臂金属薄壁管受损部位的表面进行打磨、清洗；(2)、用一片大小与受损部位相匹配的金属薄片，先将其在直臂金属薄壁管轴线的两端切割成梳齿条，再将其覆盖在受损部位，然后用激光将其各边缘焊接在直臂金属薄壁管上；(3)、选择与直臂金属薄壁管熔点相接近的电极和金属焊丝，采用微弧火花沉积和填丝焊工艺，将金属薄片与直臂金属薄壁管之间的缝隙封闭。
2.根据权利要求1所述的应用激光和微弧火花复合技术修复直臂金属薄壁管的方法， 其特征在于步骤(2)中，切割采用激光切割，激光切割参数为频率为45 60Hz，脉宽为 0. 2 0. 7ms,功率为 150 300W。
3.根据权利要求1或2所述的应用激光和微弧火花复合技术修复直臂金属薄壁管的方 法，其特征在于步骤(2)中，所述金属薄片两端的梳齿条长度为0.5 5mm，宽度为0.5 2mm，相邻两梳齿条之间的间距为0. 05 0. 2mm。
4.根据权利要求1所述的应用激光和微弧火花复合技术修复直臂金属薄壁管的方法， 其特征在于步骤(2)中的焊接工艺为金属薄片覆盖在受损部位后，将其两端的梳齿条的 外端向中间靠拢形成锥形，用激光将梳齿条的重叠部分进行激光穿透焊，再对金属薄片的 其余边缘进行激光密封焊。
5.根据权利要求4所述的应用激光和微弧火花复合技术修复直臂金属薄壁管的方法， 其特征在于所述激光穿透焊的参数为频率为45 60Hz，脉宽为0. 1 0. 5ms，功率为 200 300W ；所述激光密封焊的参数为频率为30 45Hz，脉宽为0. 5 2. 0ms,功率为 150 200W。
6.根据权利要求1所述的应用激光和微弧火花复合技术修复直臂金属薄壁管的方 法，其特征在于步骤⑶中，微弧火花沉积和填丝焊的参数为电压为45 110V，功率为 200 1500W，频率为 60 540Hz。
7.根据权利要求1所述的应用激光和微弧火花复合技术修复直臂金属薄壁管的方法， 其特征在于所述电极和金属焊丝与直臂金属薄壁管的熔点差的绝对值小于200°C。
8.根据权利要求1所述的应用激光和微弧火花复合技术修复直臂金属薄壁管的方法， 其特征在于所述金属薄片与待修复薄壁管的熔点差的绝对值小于200°C。
9.根据权利要求1所述的应用激光和微弧火花复合技术修复直臂金属薄壁管的方法， 其特征在于步骤(3)中，通过微弧火花沉积和填丝焊工艺将金属薄片完全覆盖，以将金属 薄片与直臂金属薄壁管之间的缝隙封闭。
全文摘要
本发明公开了一种应用激光和微弧火花复合技术修复直臂金属薄壁管的方法，适用于管壁厚度为0.2～1.5mm的直臂金属薄壁管的修复，包括如下步骤(1)对直臂金属薄壁管受损部位的表面进行打磨、清洗；(2)用一片大小与受损部位相匹配的金属薄片，先将其在直臂金属薄壁管轴线的两端切割成梳齿条，再将其覆盖在受损部位，然后用激光将其各边缘焊接在直臂金属薄壁管上；(3)选择与直臂金属薄壁管熔点相近的电极和金属焊丝，采用微弧火花沉积和填丝焊工艺，将金属薄片与直臂金属薄壁管之间的缝隙封闭。本发明采用激光多边焊和微弧火花沉积相结合的技术对金属薄壁管管壁进行修复，兼具两种方法的优点，获得了很好的修复效果。
文档编号B23P6/00GK101797677SQ20101001924
公开日2010年8月11日 申请日期2010年1月7日 优先权日2010年1月7日
发明者孙健峰, 张庆茂 申请人:孙健峰