用于气缸盖燃烧室凹槽内58%镍基合金的全自动堆焊方法技术

一种用于气缸盖燃烧室凹槽内58％镍基合金的全自动堆焊方法，包括全自动堆焊系统，该全自动堆焊系统包括变位机和焊接机器人，其特征在于：所述的全自动堆焊方法包括如下步骤：a)在气缸盖的燃烧室内加工凹槽；b)通过所述变位机和焊接机器人联动，使凹槽内的焊接区域始终处于水平位置；c)采用焊接机器人在凹槽内依照“蛇形”焊道轨迹进行摆动施焊，且在各焊道中不做停留；d)使用熔滴短路过渡焊接方式，电源输出电流接近零，堆焊层单层厚度达到4mm，保证气缸盖堆焊区域中铁元素含量

Full automatic surfacing method for 58% nickel base alloy in groove of cylinder head combustion chamber

A fully automatic surfacing welding method for 58% nickel-based alloy in the groove of the combustion chamber of the cylinder head includes an automatic surfacing welding system comprising a positioner and a welding robot. The automatic surfacing welding system is characterized in that the automatic surfacing method comprises the following steps: a) machining a groove in the combustion chamber of the cylinder head; b) passing through the chamber; The welding area in the groove is always in a horizontal position by the linkage of the positioner and the welding robot. c) The welding robot is used to swing the welding in the groove according to the track of the serpentine weld bead and does not stay in each weld bead. d) The power supply output current is close to zero and the overlay layer is single layer by using the droplet short circuit welding method. The thickness is up to 4mm, ensuring the iron content in the welding area of the cylinder head.

【技术实现步骤摘要】
用于气缸盖燃烧室凹槽内58％镍基合金的全自动堆焊方法
本专利技术涉及大型柴油机零部件的焊接加工，具体地涉及一种用于气缸盖燃烧室凹槽内58％镍基合金的全自动堆焊方法，属于焊接工艺

技术介绍
气缸盖是大功率低速船用柴油机的重要零件之一。请参阅图1和图2，图示为一大型船用柴油机的气缸盖的结构简图，其重量约5.5吨，排气阀座孔2的直径为638mm，燃烧室孔1的直径为901mm，凹槽3在燃烧室孔1内均布，大外圆上的安装孔4和侧面5均于焊前加工。通常大型柴油机的气缸盖采用在燃烧室的凹槽3内堆焊58％镍基合金进行强化处理，以承受高温高压的冲击，达到延长寿命的目的。目前国内采用的58％镍基合金堆焊方式分别为手工堆焊和半自动堆焊。手动堆焊存在劳动强度大、工作环境差、工艺性能差、参数固化率低、质量不稳定、堆焊效率低、对焊工依赖性严重等诸多问题。半自动堆焊采用回转工作台和数控焊接机，其中回转工作台具有摆动和旋转两个功能，同时采用模块化、标准化工装夹具定位，工件安装在回转工作台上进行主动回转和摆动，数控程序控制系统将工件坡口移到堆焊区域内，所有堆焊参数均可提前预置，再通过回转工作台进行角度的回转和横臂前后纵向的移动和焊接过程中手工调整来完成堆焊。半自动堆焊的效率是手工堆焊的4倍以上，但依然存在堆焊质量不稳定的问题，通常情况下，缺陷集中于凹槽3侧壁处。究其原因是因为目前的半自动焊接过程中焊枪无法调整、不能连续焊接，造成凹槽3侧壁处多次起弧和收弧；起弧和收弧处深度落差大，焊丝干伸长度不一致造成焊接电流波动大；再加上58％镍基合金在堆焊过程中熔池粘稠，流动性差，熔滴表面张力大而不容易摊开，易产生未熔合、气孔、热裂纹等缺陷；当堆焊层高度为4～5mm，且要求堆焊区域铁元素含量<5％时，通常采用堆焊层数为≥2，因此消耗了较多昂贵的焊接材料，以及增加了较多堆焊工时。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于气缸盖燃烧室凹槽内58％镍基合金的全自动堆焊方法，采用全自动堆焊系统和科学合理的工艺参数，达到降低成本、提高工效、降低劳动强度及保证产品质量的目的。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种用于气缸盖燃烧室凹槽内58％镍基合金的全自动堆焊方法，包括全自动堆焊系统，该全自动堆焊系统包括变位机和焊接机器人，其特征在于：所述的全自动堆焊方法包括如下步骤：a)在气缸盖的燃烧室内加工凹槽；b)通过所述变位机和焊接机器人联动，使凹槽内的焊接区域始终处于水平位置；c)采用焊接机器人在凹槽内依照“蛇形”焊道轨迹进行摆动施焊，且在各焊道中不做停留；d)使用熔滴短路过渡焊接方式，电源输出电流接近零，堆焊层单层厚度达到4～5mm，保证气缸盖堆焊区域中铁元素含量<5％。进一步地，所述步骤a)中，加工后所述凹槽的深度为3.5mm，在该凹槽周边加工出坡口，该坡口的角度范围为15°～20°。进一步地，所述步骤c)中，所述“蛇形”焊道轨迹由多条直线焊道和拐角焊道首尾相接而成，直线焊道焊接时，焊接电流为225～245A，焊接电压为16～20V，焊接速度为210～280mm/min；拐角焊道焊接时，焊接电流为135～150A，焊接电压为12～14V，焊接速度为400～450mm/min。进一步地，所述步骤c)中，焊接时采用97.5％氩气+2.5％二氧化碳的混合气为保护气体，保护气体流量为21～22L/min。进一步地，所述步骤d)中，焊接电弧作用点避开待处理的工件，以限制工件温度和工件组分在气体保护层中的扩散。进一步地，所述步骤d)中，所述堆焊层数为一层。与现有技术比较，本专利技术具有以下显著优点：1、由于各焊缝全熔透、各焊道厚度适宜、无损及力学性能，质量检测均符合相关要求，达到了提高焊接质量的目的。2、由于使用单层焊缝，不仅能减少昂贵焊接材料的使用量，而且大大降低了生产成本。本专利技术尤其适合堆焊层高度为4～5mm且要求堆焊区域铁元素含量<5％的气缸盖凹槽的58％镍基合金的堆焊。附图说明图1为气缸盖的结构简图。图2为图1的俯视图。图3为本专利技术全自动堆焊系统示意图。图4为凹槽侧边坡口型式示意图。图5为本专利技术中焊枪施焊轨迹示意图。图中:1-燃烧室孔，2-排气阀座孔，3-凹槽，4-安装孔，5-侧面，6-变位机，7-台车，8-焊接电源，9-焊接机器人，10-焊枪，11-气缸盖，A-直线焊道，B-拐角焊道。具体实施方式下面结合附图和具体实施例来对本专利技术做进一步的详细说明，但不能以此限制本专利技术的保护范围。本专利技术所述全自动堆焊的方法用于气缸盖燃烧室凹槽内堆焊58％镍基合金。请参阅图2，所述凹槽3分布在气缸盖燃烧室孔1的内壁上，由3块扇型曲面构成。所述全自动堆焊方法在全自动堆焊系统上实现，该全自动堆焊系统的结构见图3，该全自动堆焊系统包括变位机6和安装在台车7上的焊接机器人9，该焊接机器人9前端设有焊枪10且与焊接电源8连接。以下为本专利技术的一实施例。所述的全自动堆焊方法包括如下步骤：a)在气缸盖11的燃烧室内加工凹槽3。首先在数控机床上铣削加工出气缸盖11燃烧室的三个凹槽3，槽深度为3.5mm，并在凹槽周边加工坡口，坡口角度为16°，见图4。其次，对气缸盖堆焊区域进行清理，用清洗剂去除油污、油脂等。然后，将工件放入台车式电阻炉整体加热，确保焊前温度在150～180℃。b)通过所述变位机6和焊接机器人9联动，使凹槽3内的焊接区域始终处于水平位置。请参阅图3，将加热后的气缸盖11吊装在全自动堆焊系统的两轴变位机6上，夹紧后启动摆动机构和转向机构将凹槽3位置调整至水平位置；再移动台车7，使焊枪10到达预定位置，通过变位机6与焊接机器人9联动使焊接区域始终处于水平位置。c)采用焊接机器人9在凹槽3内依照“蛇形”焊道轨迹进行摆动施焊，且在各焊道中不做停留。焊接使用的焊丝为Inconel625，直径为Φ1.2，化学成分见下表1：表1CMnPSFeSiCuNiAlTiCrNb+TaMo0.010.010.0040.0010.260.070.02580.150.2122.553.598.90接着焊接时，焊丝干伸长保持在17～18mm之间，焊丝处于各焊道的中心位置，请参阅图5，起点和终点位于凹槽3外侧3～5mm。焊接机器人9在凹槽侧壁堆焊时，为获得连续焊状态下侧壁过渡的最佳工艺姿态，对焊枪10姿态进行调整，然后在凹槽3焊道内进行“蛇形”轨迹摆动施焊，且在各焊道中不做停留，所述“蛇形”焊道轨迹由多条直线焊道A和拐角焊道B首尾相接而成，直线焊道A和拐角焊道B的焊接采用不同工艺参数，具体焊接工艺参数见下表2：表2堆焊轨迹电流电压摆幅道间距送丝速度焊接速度直线焊道A225～245A16～20V14mm11mm12.1m/min210～280mm/min拐角焊道B135～150A12～14V14mm11mm12.1m/min400～450mm/min焊接时配送97.5％氩气+2.5％二氧化碳的混合气为保护气体，气体流量为21-22L/min。由于二氧化碳是表面活性元素，在氩气中加入少量二氧化碳，能降低液态金属的表面张力，促进镍基合金流动，即使单层厚度达到4mm，也可避免焊缝成型不规则和生成咬边、未熔合等问题的发生。d)使用熔滴短路过渡焊接方式，堆焊层单层厚度达到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于气缸盖燃烧室凹槽内58％镍基合金的全自动堆焊方法，包括全自动堆焊系统，该全自动堆焊系统包括变位机和焊接机器人，其特征在于：所述的全自动堆焊方法包括如下步骤：a)在气缸盖的燃烧室内加工凹槽；b)通过所述变位机和焊接机器人联动，使凹槽内的焊接区域始终处于水平位置；c)采用焊接机器人在凹槽内依照“蛇形”焊道轨迹进行摆动施焊，且在各焊道中不做停留；d)使用熔滴短路过渡焊接方式，电源输出电流接近零，堆焊层单层厚度达到4～5mm，保证气缸盖堆焊区域中铁元素含量

【技术特征摘要】
1.一种用于气缸盖燃烧室凹槽内58％镍基合金的全自动堆焊方法，包括全自动堆焊系统，该全自动堆焊系统包括变位机和焊接机器人，其特征在于：所述的全自动堆焊方法包括如下步骤：a)在气缸盖的燃烧室内加工凹槽；b)通过所述变位机和焊接机器人联动，使凹槽内的焊接区域始终处于水平位置；c)采用焊接机器人在凹槽内依照“蛇形”焊道轨迹进行摆动施焊，且在各焊道中不做停留；d)使用熔滴短路过渡焊接方式，电源输出电流接近零，堆焊层单层厚度达到4～5mm，保证气缸盖堆焊区域中铁元素含量<5％。2.根据权利要求1所述的用于气缸盖燃烧室凹槽内58％镍基合金的全自动堆焊方法，其特征在于：所述步骤a)中，加工后所述凹槽的深度为3.5mm，在该凹槽周边加工出坡口，该坡口的角度范围为15°～20°。3.根据权利要求1所述的用于气缸盖燃烧室凹槽内58％镍基合金的全自动堆焊方法，其特征在于：所述步骤c)...

【专利技术属性】
技术研发人员：金朝兵，杨勇，尤理钢，
申请(专利权)人：上海中船三井造船柴油机有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31