[发明专利]一种利用高能微弧冷焊对承压结构进行补焊的方法

说明书

本发明公开了一种利用高能微弧冷焊对承压结构进行补焊的方法，利用无损检测技术定位承压结构初始焊缝附近超标缺陷位置，并确定待补焊部位尺寸；根据无损检测结果对缺陷部位进行挖除，并获得待补焊部分材料以及挖除区域的尺寸参数；根据上述参数，建立待补焊部位几何模型；根据材料参数设置、热载荷设置、网格划分以及温度边界条件设置，利用焊接顺次耦合模拟方法建立初始焊接的温度场模型和应力场模型；设置补焊工艺参数，在初始焊接的温度场模型和应力场模型基础上，采用高能微弧冷焊高斯面热源，建立补焊的温度场模型和应力场模型；根据应力场模型计算的补焊残余应力分布结果，选择最佳应力分布结果对应的补焊工艺参数，对承压结构进行补焊。

技术领域

本发明涉及焊接修补技术领域，特别是一种利用高能微弧冷焊对承压结构进行补焊的方法。

背景技术

当今工业生产中，许多设备关键零部件在长时间复杂载荷及环境介质的作用下，难免出现因磨损、腐蚀、疲劳、断裂等原因导致的设备失效。传统简单的更换、报废 等做法造成严重资源浪费与较高生产成本投入，因此再制造技术得到了迅速发展，再 制造技术是指由表面修复技术和其它技术方法构成的一种修复、再制造技术。表面修 复是再制造技术的重要组成部分，通过表面修复技术，可以将传统损伤零部件的处理 方式由简单的报废、更换变为修复、再利用，通过表面加工工艺对零件缺陷修补或者 表面强化，延长设备寿命、利用报废设备剩余价值，达到绿色可持续发展目的。

机械制造中常用的修复方法主要分为两类，一是堆焊修复技术包括传统的电弧焊、 气焊；二是以电镀、喷涂为主的表面涂镀技术。前者工艺简单、操作方便但热输入较大，产生较大的焊接残余应力及变形，很有可能出现越焊焊接接头质量越差的情况， 并且修复精度较低；而涂镀技术修复效率较低、结合层强度低、修复层较薄且成本较 高，因此难以广泛应用。综合以上修复工艺缺点，高能微弧冷焊技术的运用逐渐广泛， 但是对于使用高能微弧冷焊进行缺陷修补时的工艺参数怎样设置较为合理的问题仍没 有相关的参考。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，利用数值模拟的手段优化承压结构补焊工艺，从而获得较好焊接接头力学性能的高能微弧冷焊焊接修 补工艺参数，对承压结构进行良好的焊接修补。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种利用高能微弧冷焊对承压结构进行补焊的方法，包括如下步骤：

(1)利用无损检测技术定位承压结构初始焊缝附近超标缺陷位置，并确定待补焊部位尺寸；

(2)根据无损检测结果对缺陷部位进行挖除，并获得待补焊部分材料以及挖除区域的尺寸参数；

(3)根据步骤(1)和步骤(2)参数，建立待补焊部位几何模型；

(4)根据材料参数设置、热载荷设置、网格划分以及温度边界条件设置，利用焊 接顺次耦合模拟方法建立初始焊接的温度场模型和应力场模型；

(5)设置补焊工艺参数，在步骤(4)初始焊接的温度场模型和应力场模型基础 上，采用高能微弧冷焊高斯面热源，建立补焊的温度场模型和应力场模型；

(6)根据步骤(5)应力场模型计算的补焊残余应力分布结果，选择最佳应力分 布结果对应的补焊工艺参数，对承压结构进行高能微弧冷焊补焊。

具体地，步骤(3)中，初始焊接的热载荷采用双椭球体热源模型，双椭球热源密 度q由q₁，q₂两部分组成，热源前半部分与后半部分的表达如下：

q(x,y,z)＝q₁(x,y,z)+q₂(x,y,z)

前椭球热源：

后椭球热源：