專利名稱:堆焊成形制備構(gòu)件的方法及利用此法制備的構(gòu)件的制作方法
本發(fā)明是有關(guān)于利用多層堆焊成形由焊縫金屬制備構(gòu)件的方法，一般焊縫材料堆焊成多層焊道，隨著由位置產(chǎn)生的散熱條件差別，從而凝結(jié)時(shí)間及冷卻時(shí)間也不同，則在構(gòu)件的不同地方產(chǎn)生了不同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)變組織。
本發(fā)明也與用此法制備的構(gòu)件有關(guān)。
成形焊是全部利用焊材料生產(chǎn)構(gòu)件的一種已知方法，例如，在核子工程和化學(xué)工程設(shè)備的傳送裝置部分、基座、連接件及管接頭，象這樣一類高、低合金鋼產(chǎn)品及具有非常嚴(yán)格要求的材料性能的結(jié)構(gòu)部件制備中成形一種即迅速又經(jīng)濟(jì)的方法。因此，成形焊是制備大予應(yīng)力的一種合用的方法，本方法還有生產(chǎn)時(shí)間短，成形靈活多變的優(yōu)點(diǎn)。采用高生產(chǎn)率的機(jī)械化焊接工藝，例如埋弧焊，已證明對于大機(jī)件有滿意的效果。利用成形焊制造構(gòu)件的最大優(yōu)點(diǎn)是相對地生產(chǎn)時(shí)間短，生產(chǎn)成本相對地較低，并有可能在一構(gòu)件上成形無焊縫構(gòu)件。另外，除了消除應(yīng)力的熱處理外，如此制造的構(gòu)件不需諸如淬火，回火那種進(jìn)一步熱處理。利用成形焊可使鍛件或鑄件常需要的那種附加減至最少，因而生產(chǎn)成本降低。
當(dāng)采用埋弧焊那種慣用的堆焊，多層地焊焊道時(shí)，無論采用單個(gè)電極，還是采用兩個(gè)電極(一個(gè)跟在另一個(gè)后面)的串列法，分布于構(gòu)件不同部位的各層結(jié)件，肯定會(huì)不同，因?yàn)楹傅赖娜鄢卦诓煌牟课灰圆煌乃俣壤鋮s。因此，隨著與散熱條件與關(guān)而不同這些情況，就會(huì)產(chǎn)生不同的冷凝速率和/或冷卻速率，而在構(gòu)件的不同部位肯定會(huì)出現(xiàn)不同的冷凝速度和冷卻速度，從而在各個(gè)焊道的橫截面中產(chǎn)生不同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)變組織。
因此，改進(jìn)以前的這種由焊縫材料通過多層焊成形制備構(gòu)件的方法，就是本發(fā)明的目的，其指的是在焊縫材料中產(chǎn)生一樣的散熱速率從而產(chǎn)生一樣的冷卻速率，這樣就避免了產(chǎn)生與散熱條件不同而有關(guān)的情況。因此，其目標(biāo)就是使整塊焊縫材料有相同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)變組織。那么，無論在例如成形焊豎直方向向上焊接的厚壁上中心區(qū)，還是在其棱緣區(qū)，材料的結(jié)構(gòu)都有基本相同的強(qiáng)度和韌性。
這樣，依據(jù)本發(fā)明能量輸入量，因而各焊道的熔池體積是按照散熱條件的不同進(jìn)行調(diào)整的，因此，在焊縫材料中出現(xiàn)了恒定不變的散熱曲線，因而也產(chǎn)生了一致的冷卻曲線。
本發(fā)明方法可提供的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，就是通過調(diào)整輸入的能量，改變焊縫時(shí)產(chǎn)生的條件，每個(gè)焊道從熔池高溫降到工件低溫的冷卻曲線分布可以基本上一致，結(jié)果輸給各個(gè)焊道的局部熱量按照焊道在構(gòu)件上的幾何位置調(diào)節(jié)控制，散給周圍材料的熱量基本不變，這樣，從熔池的高溫到工件的低溫，每個(gè)單個(gè)焊道的冷卻曲線均可達(dá)到基本上彼此重合。因此，避免了不同的散熱條件這種缺點(diǎn)，所以，在經(jīng)補(bǔ)償一致的凝結(jié)和/或冷卻速率下，在各個(gè)焊道中就形成了基本相同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變組織。
根據(jù)本發(fā)明的特點(diǎn)，在熱量急劇散發(fā)的地方要增加輸入能量。有利于提高焊接質(zhì)量，特點(diǎn)是相對于在整個(gè)材料上位置不同的焊道的冷卻曲線是一致的，并且輸入的能量按照最佳的冷卻曲線進(jìn)行調(diào)整。利用標(biāo)準(zhǔn)的模型試驗(yàn)，可以很容易地設(shè)計(jì)出這種冷卻曲線，并且所求得的值可以很容易地變成實(shí)際上非常接近構(gòu)件的所用值。
例如，用一個(gè)非常簡單的方法，根據(jù)物理散熱條件，例如確定窄間隙焊縫、內(nèi)角焊縫、表面焊道和外棱緣焊道的物理散熱情況，根據(jù)周圍材料多少的工件散熱能力，則可將3個(gè)部分幾種幾何焊道間區(qū)別找出來，在這些類的焊道中，按著所說的順序，以4個(gè)基本一樣的等級降低，近似地說，窄間隙焊道散熱為100%，內(nèi)角焊道為75%，表面焊道為50%，而外棱緣焊珠為25%，以焊道在構(gòu)件中的幾何位置為為依據(jù)，相應(yīng)于冷卻曲線分級關(guān)系，本發(fā)明指出，外棱緣焊道這比表面焊道輸入較少的能量，表面焊道比角焊縫輸入較少的能量，角焊道比窄間隙焊道輸入較少的能量。
因此，焊道的熔池體積和輸入的能量可根據(jù)結(jié)構(gòu)部件中焊道幾何利用程序控制，位置很容易予編好程序。
按照本發(fā)明所提供的一種方法，利用多層焊接成形由焊縫材料制備的構(gòu)件，與相應(yīng)的先有技術(shù)制成的構(gòu)件是不同的，因?yàn)樗瞥傻谋緲?gòu)件的所有焊道的材料強(qiáng)度韌性是一致的。構(gòu)件最好由材料質(zhì)量為10錳鉬鎳55的焊接材料制成。
按照本發(fā)明提供的方法所制成的構(gòu)件的樣子，完全可以從外形方面進(jìn)行控制，使其焊道的寬度從材料中心向外部變小。
本發(fā)明的具體實(shí)施例可以由后附的簡圖來說明，通過簡圖，也可看出本發(fā)明的其它一些優(yōu)點(diǎn)。
其中
圖1a是顯示窄間隙焊道散熱可能性的橫截面視圖;
圖1b是顯示內(nèi)角焊縫散熱可能性的橫截面視圖;
圖1c是顯示表面焊道散熱可能性的橫截面視圖;
圖1d是顯示邊角焊道散熱可能性的橫截面視圖;
圖2是依據(jù)本發(fā)明利用成形焊接法、直接制成最終尺寸的壁厚區(qū)截面圖。
在要求內(nèi)相互連接起來的兩個(gè)構(gòu)件2和3之間的窄間隙1中，堆出的窄間隙焊道4，其外圓與周圍料基本體是100%地直接接觸其實(shí)際熱流分布，按細(xì)箭頭所示方向，從液體堆焊槽流向周圍材料區(qū)，將其相應(yīng)的散熱量基本定為100%，作為根據(jù)焊道在周圍材料中的幾何位置來逐個(gè)評價(jià)焊道熱流狀態(tài)，也即其冷卻狀態(tài)的一種方法。
為使圖簡化，圖1b中的角焊縫，其周圍約有75%直接與周圍構(gòu)件6接觸，因此，其散熱條件比窄間隙焊道4的散熱條件差，并假定其散熱量大約為75%。
圖1c的表面焊道7傳到周圍構(gòu)件8的熱流量更少，因此，大致來說，認(rèn)為其散熱系數(shù)為50%。
圖1d的外棱緣焊道36的散熱量更少，估計(jì)約為25%。圖2是按本發(fā)明方法制備的成形焊接構(gòu)件9的截面。例如，在其內(nèi)可以分為三個(gè)區(qū)即有密影線的外表區(qū)10，10′，較靠里邊的中間區(qū)11，11′及在中間區(qū)的填充區(qū)12。根據(jù)本發(fā)明所述，在堆焊棱角焊道13，13′時(shí)，輸入能用得較小，因此，熔池體積小，寬度窄，因此，棱角焊道13，13′在表面區(qū)10有較好的表面波紋14，并且比有較大熔池體積的焊道的波紋小。中間過渡區(qū)11的焊道15，15′，尺寸居中，堆焊時(shí)輸入的能量較多，其熔池體積相應(yīng)地比棱角焊道13，13′的大，在壁厚的中心區(qū)12處，熔池體積16，16′增大，堆焊時(shí)輸入的能量更多，因而其熔池體積也相應(yīng)地較大。
因此，用本發(fā)明方法制備的部件可以用顯微磨片，通過測定，焊道形狀和/或焊接區(qū)形狀很容易地清清楚楚地檢測出來。另外，由于采用本發(fā)明方法，構(gòu)件9的整體橫截面的結(jié)晶及轉(zhuǎn)變組織一樣，因此，各焊道層的強(qiáng)度及韌性基本一致，其組織基本是均勻的。
權(quán)利要求
1.一種利用多層焊成形由焊縫金屬制備構(gòu)件的方法，焊縫材料以單個(gè)焊道的形式堆焊在構(gòu)件的不同部位，由于各個(gè)焊道的位置不同，它的散熱條件也不一樣，其特征在于，根據(jù)各個(gè)焊道的散熱條件，調(diào)節(jié)它們的輸入能量，從而使它們的熔池體積也不同，結(jié)果，所有單個(gè)焊道之焊縫的冷卻曲線基本重合，其強(qiáng)度及韌性值也一樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種方法，其特征是在散熱很快的地方增加輸入能。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1和2所述的一種方法，其特征是依據(jù)周圍材料數(shù)量來估計(jì)局部散熱情況，然后根據(jù)此散熱情況來調(diào)節(jié)輸入能。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1-3中的任何一個(gè)權(quán)利要求
所述的一種方法，其特征是先估計(jì)焊道的最佳冷卻情況，然后用之作為調(diào)節(jié)局部輸入能的大小參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1-4中的任何一個(gè)權(quán)利要求
所述的一種方法，其特征是構(gòu)件上焊道區(qū)域，例如靠近外棱附近構(gòu)件上的焊道比分布于相當(dāng)多材料數(shù)量塊區(qū)，例如材料構(gòu)件的中心部份焊道，使用較少的輸入能及較小的熔池體積。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的一種方法，其特征是，棱緣焊道比表面焊道輸入的能量少，表面焊道比角焊道的輸入能量小，角焊道比窄間道的輸入能量少。
7.一種通過多層成形堆焊縫材料制成的構(gòu)件，焊縫材料以相鄰焊道層的形式制備，其特征在于該構(gòu)件是按照上述的權(quán)利要求
1-6中的任一方制備的，并且構(gòu)成構(gòu)件的材料的多個(gè)部分的焊道層中，有同樣的結(jié)晶結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)變組織。
8.一種按照權(quán)利要求
7所述的構(gòu)件，其特征在于該構(gòu)件最好用具有材料性質(zhì)為10錳鉬鎳55的焊接材料制備。
9.一種按照權(quán)利要求
7或8所述的構(gòu)件，其特征在于焊道體積由材料中心向外部變小。
專利摘要
利用多層堆焊成形方法用焊縫金屬制備構(gòu)件的一種方法，焊縫材料以單個(gè)焊道的形式分布在構(gòu)件的不同部位。由于焊道這種分布，則其經(jīng)歷不同的散熱條件，因此，按照散熱條件，對各個(gè)焊珠的輸入能，從而對其熔池體積不同地進(jìn)行調(diào)查。結(jié)果，全部單個(gè)焊道產(chǎn)生基本重合的冷卻曲線，從而其強(qiáng)度和韌性一致。
文檔編號(hào)B23K9/04GK85101767SQ85101767
公開日1987年1月31日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者米利恩Dr·R·達(dá)塔H·茲邁曼 申請人:M·A·N奧格斯堡紐倫堡機(jī)械公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan