摘要：金属结构因具有良好的物理化学特性和力学性能而广泛应用于国民经济的各个领域。由于应力腐蚀和疲劳，以及外来物的冲击，现役金属结构容易产生裂纹和损伤。本文就焊接技术在金属结构修复中的应用和发展进行探讨。
关键词：焊接工艺；结构修复；应用
前言：研究不同控制监测方法对焊接电弧平稳性和焊接质量的提高、焊后残余应力减小的作用，有助于对焊接修复过程的理解，可为新的修复控制方法的提出、新的焊接电源的开发和工艺的改进提供有效的技术参考。
1常用的焊接修复工艺
1.1熔焊修复
1.1.1焊条电弧焊
电弧焊是利用焊条和工件间产生电弧热，将工件和焊条加热熔化而进行焊接的，其优点是操作灵活，待焊接头装配要求低、可焊金属广且熔敷速度较低。大量文献表明焊条电弧焊主要应用于管道线路的修复中，其设备简单易于操作，满足管线在地下或水下工作环境的需要。但焊条电弧焊生产效率低劳动强度大，工作环境恶劣，后期开发了在管道施工中使用的自动焊机。
1.1.2埋弧焊
埋弧焊相对于焊条电弧焊机械化程度及生产效率高，其工作原理是焊接电弧在焊丝与工件之间燃烧，电弧热将焊丝端部及电弧附近的母材和焊剂熔化。熔渣则凝固成渣壳，覆盖于焊缝表面。埋弧焊在修复金属结构方面主要用于材料表面改性，广泛应用于对机械、航空航天、汽车领域的凸轮、曲轴、活塞、汽缸、离合器等表面易磨损零部件的修复或修补。针对高温环境下工作的飞机发动机涡轮、皮带轮、油压机柱塞等，也有很好的修复性。
1.1.3气体保护焊
气体保护焊利用气体作为电弧介质，并且可以保护电弧和焊接区。由于CO2气体保护焊修复对焊件表面油污不敏感，且气体价格低廉，以CO2气体保护焊修复受损零件为主。早于1993年，太原重型机械集团有限公司黄家鸿就运用CO2气体保护焊对大型锤头进行修复。2003年，该公司王成文采用CO2气体保护焊对大型水压机立柱进行焊接修复，严格控制焊前预热温度以及焊后时效处理，质量检查合格。同时，也对大型轧机铸轧辊进行富氩混合气体保护焊，经着色探伤检测，未发现裂纹、夹渣、剥离等缺陷，修复成功。2015年，高党寻等人对清华大学1922级喷水塔进行修补，针对塔身裂缝处灰铸铁材料的特点，采取CO2气体保护半自动焊配合高塑性材料进行修复。聂刚等人通过叶片裂纹补焊工艺试验，确定采用镍基焊接材料的TIG焊接工艺，成功地补焊修复了大量叶片裂纹。MIG与TIG工艺类似，MIG焊将焊炬内的钨电极用金属丝代替，赵卓研究了新型铸造热作模具钢MIG焊接接头组织结构特点、焊接工艺参数对接头组织及硬度的影响、接头的力学性能及裂纹敏感性。通过试验以及对焊接接头组织分析和硬度测试，评价焊接性能，设计并优化出合理的焊接工艺参数以达到对失效热作模具实用、快速、高效的修复。气体保护焊主要用于对高碳钢材料及铸铁结构的焊接修复。铸铁焊接性能差，气体保护焊由于电弧在保护气流的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池较小，热影响区窄，焊件焊后变形小，因此避免了高碳钢及铸铁由于塑性不足而产生裂纹。另外，惰性气体保护焊(TIG，MIG)也可以焊接化学活泼性强和易形成高熔点氧化膜的镁、铝、钛及其合金。其缺点是成本高、焊前清理要求严格且对环境风力要求苛刻。如何扬长避短还有待进一步的研究。
1.1.4激光焊
激光焊接生产线大规模出现在汽车行业。根据汽车工业批量大、自动化程度高的特点，激光焊接设备向大功率、多路式方向发展。在激光焊接修复金属结构方面，海军航空工程学院姜伟等人为研究修复K418涡轮导向器的工艺，以CO2连续激光器为热源，在涡轮导向器试验叶片表面熔覆自配粉末，获得了微观形貌和显微硬度均优于基体组织的熔覆层。随后改用YAG脉冲激光器作为热源，进行熔覆效果对比，同时尝试调整粉末成分，加入铌等稀土元素，进一步优化材料参数和工艺参数，焊接性能较好。随后，空军第一航空学院代永超对飞机的TC4钛合金结构激光焊接修复工艺进行研究，取3个式样进行激光焊接参数设计及激光焊接试验，并对接头进行力学性能测试，以接头强度值为评估指标对工艺参数进行优化，最后分析焊接接头的微观组织。近些年，激光焊在医疗器械方面应用广泛。清华大学的李晓莉等人，研究了高温合金K403基体上采用镍基自熔合金和自配无硼、硅元素镍基合金的激光同步送粉熔覆过程，分析了基体组织状态、熔覆层材料和熔覆工艺参数对熔覆层裂纹倾向的影响，探讨了激光熔覆技术强化和修复高温合金叶片的可行性。
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1.2固相焊修复
1.2.1钎焊
钎焊可以采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。
1.2.2搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊是20世纪90年代初由英国焊接研究所发明的固态焊接新技术，利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。
2焊接修复工艺最新技术
2.1应用于参数设计、过程控制的人工神经网络技术
焊接过程非常复杂，大量参数难以量化，存在很多不确定性的模糊知识，人工神经网络(ANN)技术因能有效处理非线性问题，广泛应用于焊接领域。
2.2应用于电弧控制的模糊－PID控制技术
模糊算法是通过模仿人脑的不确定性概念进行判断、推理的一种思维方式，在焊接过程自动化控制及焊接质量检测中应用非常广泛。
2.3应用于焊缝跟踪的视觉传感技术
焊缝跟踪一直是机器人焊接自动化技术研究的热点和难点，也是焊接界工作者致力研究的重要课题。跟踪过程中，主要是通过焊枪与焊缝偏差的实时检测，机器人路径的实时调节，来保证焊接质量。但在实际焊接中，常常因为存在变形、变散热、变间隙、变错边等因数，导致焊缝和机器人示教轨迹有偏差，影响焊缝成形的质量。
2.4应用于质量监测的小波分析技术
小波分析技术是在傅里叶变换的基础上发展起来的一种时频分析方法，精髓是通过变换，大范围观察变化平缓的信息(对应低频信息)，小范围观察变化快的信息(对应高频信息)。
3焊接修复残余应力的数值模拟、测量与控制
3.1焊接修复残余应力的数值模拟
焊接过程中对焊接应力应变的准确分析非常重要。但由于焊接过程本身的复杂性，数值模拟中的建立模型与数值求解都面临许多需要解决的问题。焊接残余应力数值模拟的难点主要体现在:数值求解困难、严重的材料非线性导致求解过程收敛困难及材料高温性能参数的缺失。
3.2焊接修复残余应力的测量
无损、快速地测量出焊接结构内部残余应力分布，对焊接结构可靠性评估具有重要意义。
3.3焊接残余应力的控制方法
常用的降低残余应力的方法有:合理的安排焊接顺序和选择焊接方向、高温回火法、振动时效法等。
结束语：在金属结构件的焊接过程中，必须要根据结构件的焊接特点，采用相应的焊接方法进行焊接，从而减少焊接变形。
参考文献：
[1]杜静,张磊先,孔庆吉,金莹,刘驰,杨烁,王雁.K24合金铸件缺陷的真空钎焊修复工艺[J].焊接.2016(02):12-12.
[2]周利,韩柯,刘朝磊,黄诚,常志龙,吴会强,冯吉才,孟凡新.2219铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷补焊[J].航空材料学报.2016(01):45-45.
[3]张建全,于今,蒋春梅.搅拌摩擦焊主轴力控制液压伺服仿真与分析[J].机床与液压.2016(02):90-90.
[4]高党寻,姚启明,李而立.CO2气体保护焊修复1922级喷水塔工艺[J].电焊机.2015(02):12-12.
论文作者:郝福军
论文发表刊物:《基层建设》2017年第32期
论文发表时间:2018/1/18
标签：电弧论文; 应力论文; 气体论文; 残余论文; 应用于论文; 裂纹论文; 激光论文; 《基层建设》2017年第32期论文;