脉冲冷焊再制造工艺对45钢基体组织和性能的影响

发布时间：2020-10-01 16:39

　　再制造产业是一种新兴的国家战略性绿色制造产业。其旨在大量恢复设备及其零部件的性能,减少制造业的能源消耗并有效减少对环境的污染,使制造业朝着绿色,环保的方向升级的同时能为国家创造出巨大的经济效益。随着近年来再制造产业的兴起,脉冲冷焊修复技术也得以迅速发展。脉冲冷焊修复技术是一种基于脉冲信号的表面修复技术,可以很好的修复零部件的缺陷。在这项技术的实际应用中,如何使基体与修复层之间具有良好的结合力、获得更好的修复效果,是该技术目前所面临的问题。本课题围绕这些尚需解决的问题,使用脉冲冷焊技术,对常用金属材料45钢进行再制造修复,系统研究了其修复机理。首先,采用大型有限元数值分析软件ANSYS,利用生死单元技术模拟出脉冲冷焊修复过程的温度场,同时对温度值进行了实验测量,并分析了电流和修复速度对其修复过程温度场分布的影响。然后在尺寸为50mm×50mm×10mm的45钢基体对称中心处加工一条50mm×6mm×1mm的规则体缺口,采用脉冲冷焊修复技术,对缺口处实施再制造修复,制备Q345修复层。使用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射以及显微硬度计,研究基体与修复层的结合区域的相组织、微观结构、元素扩散以及硬度分布情况。最后,通过修复层质量,对脉冲冷焊工艺最优工艺参数的选取进行了探讨。结果表明:使用生死单元技术能够成功模拟出脉冲冷焊修复过程温度场;想要提高修复效果,电流值应适当提高,修复速度不应过慢。基体与补材结合处有着熔合区域,修复质量较好;熔合区域内伴随着元素的扩散现象,且在修复界面检测出有γ(Ni,Cr,Fe)、Co_3Fe_7和C_(0.055)Fe_(1.945)等新相的存在,这说明在脉冲冷焊修复时,基体与修复层以冶金方式相结合;在使用脉冲冷焊技术时,修复频率的选择原则应当满足被修复面积上所有部位被熔合为宜,能量幅度的选择原则应当满足被修复后组织不会出现过热组织为佳;修复后HAZ范围很小。补焊修复层硬度比基体低,给后期零件的机械处理提供了便利。在实验范围内,脉冲冷焊最佳频率为25HZ,能量输出幅度为40%。通过文中对脉冲冷焊温度场的研究,对不同工艺参数下修复后截面的相组织、微观结构、元素扩散以及硬度分布情况的系统分析,以期为脉冲冷焊修复技术在再制造产品质量的提升提供理论支持。
【学位单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG456.4;TG142.1
【部分图文】：

冷焊,脉冲,修复过程,堆焊技术

图 1.1 脉冲冷焊操作示意图研究现状场数值模拟研究现状经不仅包含了传统的焊接技术，还包括兴起的冷间熔技术，电火花离子堆焊技术等等。冷焊修复技的技术被广泛使用，其过程有着高热量的输入，材中心的温度是最高的，越往熔池外，材料的温度程的热量传递主要包含传导、对流、辐射、融化和修复过程中，温度场是对修复过程中吸热和散热程，是一个高度复杂的非线性问题。因为其热量本质与传统焊接相似但又有区别。

应用现场,冷焊

第一章绪论.5.3 冷焊修复技术在企业的应用在实际工程和企业应用方面，1999 年，张玉慧[41]经过试验发现冷焊不锈钢大径管是一个经济，可靠的的方法。何为平[42]对冷焊修复铸件缺陷的应用进行了分析，阐述几种针对不同的铸件缺陷修复所采用不同的冷焊修复方法。孙伟[43]等人深入讨论了异冷焊在电厂抢修中的作用，系统的分析了冷焊的包括使用场合，焊接性以及相关工艺方面的问题。陈硇生[44]等人对 12E390VA 型柴油机船的受腐蚀气缸气阀座孔进行冷焊复，修复完成后，焊缝区为冶金结合，强度与母材相近，且热影响区小等等，经过船下水工作半年后没有出现问题，达到了修复预期效果，丰富了冷焊在船舶中的应用。文浩[45]对铸铁零件的冷焊工艺进行了研究。三一重工股份有限公司的周玉柱[46]等利用焊工艺修复液压活塞杆，修复后得到了综合性能良好的成品。图 1.2 为冷焊修复技术企业中修复大型铸钢件和铸铁镀铬印刷机滚筒的应用现场图。

热源模型,高斯

中系数；另外，U 为焊接时的电压（V）;I 为焊接电式（1）可得：q( r)qexp(k)am =0.05 时，与公式（2）联立可得：热源集中系数：k = In0.05 = 3能量分布面积内，传递到基体上热能为 Q ，能量为 U，则 Q 可用下列公式表示为：Q UI密度 qm为：UIRkq 2m 源函数表达式为： 2a222ar3(xy)expr3q ( x,y) UI

【参考文献】