【《电弧冷焊工艺设备及工艺路线分析案例》3000字】

电弧冷焊工艺设备及工艺路线分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u32电弧冷焊工艺设备及工艺路线分析案例 193461.1工艺设备 176791.2数控磨削装置 3315641.3工艺路线 4197181.4冷焊工艺路线 71.1工艺设备本试验采用的设备是宁波劲马冷焊设备有限公司生产的JM-302超精密冷焊机。它的工作原理如下：以瞬时电弧的形式，把电容中存储的电能释放到加工工件和钨电极之间，瞬间升温，利用局部非常高能且集中的热量将工件和焊丝迅速地融化结合在一起，从而进行工件的焊补。由于焊机单个脉冲时间短、能量精确，所以由冷焊机所产生的热量往往可以精准的传递到工件上，利用率高，焊接过程中产生的热量损失少，以一种较低成本的方式达到了冷焊的目的。这种焊机的工作模式分为常规模式、连续模式两种，既可以实现单点焊接，也可以连续焊接，可用于修补各种类型的精密工件。JM-302超精密冷焊机的电源为单相220V±20%、50Hz，钨电极直径1.6mm。试验前需要将电极磨尖，保证磨尖的剖面角度在60°左右，利用Fk2000高温高精度红外线测温仪辅助控制工艺。研究采用常规模式，钨电极与焊材间的距离为1mm，与水平方向的夹角为70~80°。实验装置如图2-2所示。图2-2JM-302冷焊机Fig.2-2JM-302coolweldingmachine.辅助加热装置的作用是预热加热口，设备的实物图如图2-3所示：

图2-3JC-K-220型加热炉装置Fig.2-3ModelJC-K-220heatingfurnacedevice为了防止金属表面发生氧化，另一方面达到钎料浸润母材的作用，在电弧冷焊的过程中，需要同时通入高纯氩气形成惰性气体氛围进行保护。保证氩气在焊接工作过程中的气流量很重要，因为如果气流量不够，可能会导致保护效果不好而造成焊接材料的氧化；反之。如果气流量过高，则不利于焊片金属的熔覆和焊补金刚石磨粒的固定。经过综合分析和考虑，氩气的气流量既不能太高也不能过低，经试验研究测试后，将通入氩气流量保持在4-5L/min。还要注意，氩气要在焊接机开通电源前通入，关机以后不要忘记关闭氩气的通入。1.2数控磨削装置试验所用的数控磨削装置为CNC数控雕刻机。数控加工的方式相对于传统的磨削加工方法有更大的优点，首先它可以使工作效率提高许多，又可以密切地与计算机技术相互联系，巧妙地利用现代化技术中的二维、三维建模软件和计算机语言，与各种数控机床共同建立一个通信网络，这些特点都是传统加工方式无可比拟的。但是相应的，数控加工也有一定的缺点，首先是它的工艺相对比较复杂，需要操作人员熟练掌握计算机语言，随后把磨削材料和磨头安装到雕刻机上，对刀头先进行初加工，按照实际加工情况对程序及磨削石材稍作修改，最后实际操作磨削试验。因为磨削操作是让机器在高转速之下进行加工的一个过程，所以在进行磨削操作之前，一定要进行安全检查。首先要确保被磨削材料被铁夹子紧紧地夹在材料固定板上，底板通过螺钉固定于雕刻机操作台，底板上的导向柱与材料固定板上的孔位置保持一致，且二者之间的配合类型为间隙配合。位于材料固定板与底板之间的弹簧同样是必不可少的，因为它可以在机器运行的过程中起到减震的作用，从而稳定磨削工作过程。根据胡克定律F=-k·x，确定弹簧的材料后便可知道其弹性系数k，从而可以确保试验过程的安全进行。数控磨削装置如图2-4所示：图2-4磨削装置Fig.2-4Grindingdevice.下图2-5为雕刻机工作平台上夹具的示意图：1.螺栓2.夹板3.滑块4.铁块5.铁板6.大理石图2-5夹具装置图Fig.2-5Sketchmapofclampdevice.1.3工艺路线（1）金刚石工具损毁磨粒电弧冷焊焊补工艺在进行损毁磨粒电弧冷焊焊补之前，首先对钎焊金刚石界面和工艺参数进行了初步探究。金刚石钎焊表面的微观结构如图2-6所示，其中圆形、椭圆形的粒状物质为金刚石颗粒，分布在金刚石周围颜色较暗的是钎料。(a)整体视图(b)局部视图图2-6钎焊金刚石表面Fig.2-6Surfaceofthebrazingdiamond.观测完成后还要测定电流的大小，由预试验结果显示，随着电流I的增大，焊片钎料在基体上的润湿面积显著增大；随着时间t的增大，焊片钎料在基体上的润湿面积变化不大。若电流太小，则会因为热不足导致焊片钎料熔化不充分，焊接效果差；若电流过大，由电流产生的热量过大，很有可能会直接引起焊补金刚石磨粒的不可逆的严重问题，例如热损伤、脱落等问题就是我们在操作时需要避免的。因此，需谨慎选择焊接电流与时间。通过一系列预试验，确定冷焊焊接电流I=50A，时间t=50ms。金刚石工具损毁磨粒电弧冷焊焊补工艺路线如图2-7所示。基体的制作方法是：在304不锈钢上铺放一层厚约1mm的Ni-Cr-B-Si钎料，而后放入电阻炉中在20min内加热至1050℃，保温两分钟左右，将不锈钢和钎料一同放在电阻炉中，随炉冷却至400℃后，取出空冷。为模拟磨粒脱落工具实际情况，需在基体表面进行钻孔。由于普通的金刚石工具磨粒出露度在60~70%，所用金刚石为600~800μm，因此，钻孔深度需控制在360~560μm。钻孔后的基体及焊片用丙酮清洗后及时吹干，合理铺放金刚石及焊片，而后分别利用原始、镀Ti金刚石进行电弧冷焊焊补。图2-7电弧冷焊焊补工艺路线Fig.2-7Processingrouteofarccoolweldingrepair待试验前的各种数据测定完毕后，便要开始进行正式冷焊操作过程：首先要用镊子将金刚石准确地放置于基体表面之前为其预留的孔内，焊片弯曲后覆盖在金刚石上；手持钨极焊极位于焊片上方1mm处，与垂直水平面之间的角度保持在80~90°之间，把焊头对准要焊接的坑之后，用脚踩下控制踏板，通电的同时释放保护气体氩气，使钨极瞬间在基体与金刚石结合的二面角附近放电，大约通电1秒左右后松开踏板。操作过程中要注意，在踩下踏板的过程中，电极板要与基体紧密接触，防止基体与电极板之间放电而造成不必要的安全问题。其次，因为冷焊过程瞬间产生的光亮很强，若没有保护，用裸眼观察冷焊过程，很有可能会造成短时的失明，甚至会对视网膜造成损伤，要在护目镜的保护下进行对试验过程的观察。（2）原始金刚石磨头的制备本次试验选取粒度为50/60目的大颗粒金刚石，而原始的金刚石颗粒需要进行加工才能使用，制备的具体步骤如下：从直径为6mm的圆柱形不锈钢棒材上锯下高度为8cm的圆柱形钢棍作为试验材料，然后利用砂纸将两端磨平，并在两端磨出倒角，然后将其放在丙酮溶液中清洗5min左右然后风干。将材料的一端固定在圆筒形夹具上，未固定的另一端用胶头滴管滴上粘结剂，慢慢旋转夹具带动棒材一起旋转，使粘结剂涂抹均匀在棒材表面，风干一段时间后，在表面均匀铺撒3层钎料。用沾有丙酮的细铁丝尖端粘住金刚石颗粒，按横成行竖成列的形式在铺有钎料的棒材一段均匀铺设金刚石，保持金刚石粒彼此间距相同。将棒材放入加热炉进行炉中焊，通氩气保护，初步制作成功金刚石磨头。反复通过上述步骤制作多组金刚石磨头，部分磨头铺设金刚石时留有多处空隙，以备后续冷焊焊补金刚石。用砂纸对有金刚石空缺的金刚石磨头表面打磨，在钻床上对空缺部分全部打上小孔，用以冷焊焊补。在小孔中放入金刚石粒，将焊丝压在顶端，将冷焊机焊枪与其成45度角，电弧电焊制作焊补金刚石磨头。如图2-8为人工制作的金刚石磨头式样照片：图2-8金刚石磨头Fig.2-8Diamondgrindinghead.1.4冷焊工艺路线冷焊工艺大体如下：在制作金刚石磨头时，部分磨头铺设金刚石时留有几处大小合适的空隙，以备后续冷焊焊补金刚石。用砂纸对有金刚石空缺的金刚石磨头表面打磨，再用丙酮溶液对表面进行清洗，利用钻床上对空缺部分全部打上与金刚石颗粒大小相近的小孔，用以冷焊焊补。打开冷焊机，选择常规模式，根据之前测定的数据调选择适当的脉冲电流和脉冲时间值，通入一定气流量的氩气制