一种钛合金铸件激光焊同心送丝保护装置及精密修复方法与流程

本发明涉及金属材料焊接领域，具体而言，涉及一种钛合金铸件激光焊同心送丝保护装置及精密修复方法。

背景技术：

1、cb 20030-2011《舰船用钛及钛合金铸件补焊工艺要求》和hb/z 348-2001《钛合金铸件补焊工艺及检验》标准规定了钛合金铸件补焊方法为手工钨极氩弧焊，操作简单方便，但是手工钨极氩弧焊的焊接热输入较大，焊接变形大，会导致尺寸精度要求高的精密钛合金铸件尺寸超差不合格，因此行业内钛合金精密铸件对低热输入高精度的补焊方法需求强烈。

2、cn201710647219.4公开了一种钛合金零部件缺陷激光精密修补焊方法，经焊接准备加工坡口、电子束补焊、焊后处理，可以解决大厚度钛合金焊接后焊缝存在未熔合、气孔和夹杂等焊接缺陷修补周期长，加工尺寸大，修补工作量大，焊接变形大，组织性能稳定性差等问题，降低修复成本，提高修补效率，同时可以进行精密部件加工和使用过程中出现的凹坑、裂纹等缺陷的修复，解决精密部件缺陷常规焊接方法补焊无法满足要求的问题，实现精密修复，避免报废件的产生，降低使用成本。该专利通过激光焊接进行钛合金零部件的补焊，虽然在一定程度上能够改变焊接变形大的问题，但是，其在焊接过程中无法对激光、焊丝、熔滴、焊缝进行完善的保护，导致输入能量、焊丝熔敷效率和焊缝精度无法精准控制，且上述结构在焊接过程中与空气或焊接时产生的负面物质接触，容易在焊缝中形成柱状枝晶组织，严重影响补焊焊缝的组织和力学性能的均匀性。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是，现有技术中，采用激光焊接的方法进行钛合金的补焊，虽然在一定程度上能够改变焊接变形大的问题，但是由于在焊接过程中无法对激光、焊丝、熔滴、焊缝进行完善的保护，导致输入能量、焊丝熔敷效率和焊缝精度无法精准控制，容易在焊缝中形成柱状枝晶组织，严重影响补焊焊缝的组织和力学性能的均匀性。

2、本发明公开了一种钛合金铸件激光焊同心送丝保护装置，包括保护罩外壳、带孔锥形板和等离子抑制装置，所述保护罩外壳与带孔锥形板之间围设成中空的第一腔室，所述带孔锥形板设置在保护罩外壳的内侧，所述带孔锥形板围设成上下开口的第二腔室，所述第二腔室为自上向下逐渐缩小的锥台形腔，激光焊接时，激光束、焊丝同轴穿过第二腔室进行焊接，在所述保护罩外壳上设置有保护进气管，所述保护进气管用于向第一腔室中输送保护气体，在所述第一腔室的底部设置有带孔底板，所述带孔底板上设置有若干第一气孔，在所述带孔锥形板上设置有若干第二气孔，所述第二气孔将第一腔室与第二腔室连通，用于将第一腔室中的保护气体引入第二腔室中，所述等离子抑制装置穿过第二腔室设置，用于吹除激光焊接时焊丝熔化形成的熔滴周边的负面物质。

3、进一步的，所述等离子抑制装置包括侧吹进气管和侧吹管，所述侧吹管穿过所述第二腔室设置，所述侧吹管的第一端与侧吹进气管连接，第二端靠近激光焊接时焊丝的熔滴周边设置，所述侧吹进气管用于向侧吹管中输送侧吹气体，所述侧吹管用于使用侧吹气体吹除激光焊接过程中产生的负面物质。

4、进一步的，所述侧吹管设置有两根以上，两根以上的侧吹管环绕所述焊丝的轴向均布设置。

5、进一步的，在所述第一腔室中还水平设置有带孔隔板，所述带孔隔板用于将第一腔室内的空间分割，在所述带孔隔板上设置有若干第三气孔，所述第三气孔用于将其所在的带孔隔板分割后的空间连通。

6、进一步的，所述带孔隔板设置有1-3层，当其设置两层以上时，相邻的带孔隔板上的第三气孔错位设置。

7、本发明还提供一种钛合金铸件的精密修复方法，采用如上所述的钛合金铸件激光焊同心送丝保护装置，所述精密修复方法包括：

8、步骤s1：在铸件表面缺陷位置开坡口，并除油、清理待焊区域；

9、步骤s2：从保护进气管向第一腔室输送保护气体，使得激光焊接过程中的高温区域均处于保护气体的保护范围内，并向等离子抑制装置输送侧吹气体，以吹除激光焊接过程中产生的负面物质；

10、步骤s3：设置焊接参数，启动进行激光焊接，在焊接过程中，保护气体和侧吹气体保持输入；

11、步骤s4：到达焊接结束位置后，关闭激光束，关闭侧吹气体，维持保护气体输入直至达到第一预设条件，关闭保护气体，焊接结束。

12、进一步的，步骤s1中的坡口为倒梯形结构，坡口底部宽度a与焊接光斑宽度一致，坡口深度c与缺陷深度一致，坡口底部两侧设置有半径为r的过渡角，坡口上端开口宽度b大于a3mm-5mm。

13、进一步的，在步骤s3中，焊接使用的激光束为同心脉冲双环形光斑，外环形光斑的激光功率小于内环形光斑的激光功率，所述外环形光斑用于预热焊缝附近母材，所述内环形光斑用于激光焊接。

14、进一步的，在步骤s3中，焊接参数包括：

15、激光束光斑为圆形、矩形、三角形、椭圆形、8字形、梯形中的一种，外环形光斑的激光功率在2000w-4000w，内环形光斑的激光功率在6000w-15000w，离焦量为-10mm-10mm、送丝速度为0.4m/min-3m/min、焊接速度为0.6m/min-2.0m/min，焊丝置于光斑形状中心。

16、进一步的，步骤s4中的第一预设条件包括：激光焊接的高温区域温度冷却至100℃以下，和/或，关闭激光后，保护气体持续输入30s以上。

17、相对于现有技术，本发明所述的钛合金铸件激光焊同心送丝保护装置及精密修复方法具有以下优势：

18、本发明通过保护装置的设置，能够在补焊时对激光、焊丝、熔滴、焊缝进行有效的防护，还能够有效清除熔池表面的等离子体等负面物质，实现了输入能量、焊丝熔敷效率和焊缝精度的精准控制，避免了在焊缝中形成柱状枝晶组织，提升了补焊焊缝的组织和力学性能的均匀性，通过同心脉冲双环光斑的设置，能够对焊缝附近的母材进行有效预热，降低了焊接过程中熔池与母材的温度差，降低了焊接热应力和变形，也提升了熔池的稳定性和接头的抗裂性，焊接变形能够达到0.5mm以内，满足了精密铸件一般补焊要求。本发明提供的保护装置结构简单，易于使用，显著提升了补焊焊缝的组织和力学性能的均匀性。

1.一种钛合金铸件激光焊同心送丝保护装置，其特征在于，包括保护罩外壳（3）、带孔锥形板（4）和等离子抑制装置，所述保护罩外壳（3）与带孔锥形板（4）之间围设成中空的第一腔室，所述带孔锥形板（4）设置在保护罩外壳（3）的内侧，所述带孔锥形板（4）围设成上下开口的第二腔室，所述第二腔室为自上向下逐渐缩小的锥台形腔，激光焊接时，激光束（5）、焊丝（6）同轴穿过第二腔室进行焊接，在所述保护罩外壳（3）上设置有保护进气管（7），所述保护进气管（7）用于向第一腔室中输送保护气体，在所述第一腔室的底部设置有带孔底板（13），所述带孔底板（13）上设置有若干第一气孔，在所述带孔锥形板（4）上设置有若干第二气孔，所述第二气孔将第一腔室与第二腔室连通，用于将第一腔室中的保护气体引入第二腔室中，所述等离子抑制装置穿过第二腔室设置，用于吹除激光焊接时焊丝（6）熔化形成的熔滴（9）周边的负面物质（10）。

2.如权利要求1所述的钛合金铸件激光焊同心送丝保护装置，其特征在于，所述等离子抑制装置包括侧吹进气管（1）和侧吹管（2），所述侧吹管（2）穿过所述第二腔室设置，所述侧吹管（2）的第一端与侧吹进气管（1）连接，第二端靠近激光焊接时焊丝（6）的熔滴（9）周边设置，所述侧吹进气管（1）用于向侧吹管（2）中输送侧吹气体，所述侧吹管（2）用于使用侧吹气体吹除激光焊接过程中产生的负面物质（10）。

3.如权利要求2所述的钛合金铸件激光焊同心送丝保护装置，其特征在于，所述侧吹管（2）设置有两根以上，两根以上的侧吹管（2）环绕所述焊丝（6）的轴向均布设置。

4.如权利要求1所述的钛合金铸件激光焊同心送丝保护装置，其特征在于，在所述第一腔室中还水平设置有带孔隔板（8），所述带孔隔板（8）用于将第一腔室内的空间分割，在所述带孔隔板（8）上设置有若干第三气孔，所述第三气孔用于将其所在的带孔隔板（8）分割后的空间连通。

5.如权利要求4所述的钛合金铸件激光焊同心送丝保护装置，其特征在于，所述带孔隔板（8）设置有1-3层，当其设置两层以上时，相邻的带孔隔板（8）上的第三气孔错位设置。

6.一种钛合金铸件的精密修复方法，采用如权利要求1-5中任一项所述的钛合金铸件激光焊同心送丝保护装置，其特征在于，所述精密修复方法包括：

7.如权利要求6所述的精密修复方法，其特征在于，步骤s1中的坡口为倒梯形结构，坡口底部宽度a与焊接光斑宽度一致，坡口深度c与缺陷深度一致，坡口底部两侧设置有半径为r的过渡角，坡口上端开口宽度b大于a3mm-5mm。

8.如权利要求6所述的精密修复方法，其特征在于，在步骤s3中，焊接使用的激光束为同心脉冲双环形光斑，外环形光斑的激光功率小于内环形光斑的激光功率，所述外环形光斑用于预热焊缝附近母材，所述内环形光斑用于激光焊接。

9.如权利要求7所述的精密修复方法，其特征在于，在步骤s3中，焊接参数包括：激光束光斑为圆形、矩形、三角形、椭圆形、8字形、梯形中的一种，外环形光斑的激光功率在2000w-4000w，内环形光斑的激光功率在6000w-15000w，离焦量为-10mm-10mm、送丝速度为0.4m/min-3m/min、焊接速度为0.6m/min-2.0m/min，焊丝置于光斑形状中心。

10.如权利要求6所述的精密修复方法，其特征在于，步骤s4中的第一预设条件包括：激光焊接的高温区域温度冷却至100℃以下，和/或，关闭激光后，保护气体持续输入30s以上。