基于感應加熱局部熱處理的大型工件修復組織優化方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬零件修復技術領域，特別是涉及一種基于感應加熱局部熱處理的大型工件修復組織優化方法。
【背景技術】
[0002]鈦合金、高溫合金等貴重金屬大型薄壁結構，因材料去除率大、機械加工量巨大，加工周期長，經常不可避免會出現加工超差的情況；或在服役過程中常出現裂紋、腐蝕、磨損等損傷失效情況。由于成本和生產周期的要求，常結合不同構件實際情況，采用激光沉積修復、電子束焊接、微束等離子焊接等工藝來實現損傷件的快速修復，這種修復本身具有快速熔凝特征，得到的通常是亞穩態的組織，同時快速冷卻也抑制了強化相的充分析出，導致修復部位的力學性能弱化；且不可避免會導致工件產生殘余應力集中，直接影響修復件的力學性能。
[0003]熱處理是實現修復零部件組織結構調整優化，進而提高修復件力學性能的主要工藝手段。但對于發動機機匣等大型薄壁零部件而言，采用整體真空熱處理需要裝夾保證的位置和尺寸精度復雜眾多，專用熱處理校形夾具難于設計制造，且工件整體熱處理時的應力釋放易引起新的變形超差。
【發明內容】
[0004]鑒于現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種可實現對大型修復工件任意形狀修復部位的局部熱處理，滿足不同材料修復組織調整的熱處理制度調控需要，既防止修復工件局部熱處理時的高溫氧化又防止修復工件受熱變形超差的基于感應加熱局部熱處理的大型工件修復組織優化方法。
[0005]本發明所采用的技術解決方案是一種基于感應加熱局部熱處理的大型工件修復組織優化方法，具體步驟如下:
步驟1:利用熱電偶及溫控儀、電爐、紅外熱像儀對材料的紅外發射率進行標定；步驟1.1:設定溫控儀上限報警溫度:
步驟1.2:將標定材料放置電爐上進行加熱，加熱至溫度穩定后保溫10分鐘以上；步驟1.3:調整紅外熱像儀的發射率設置參數，直到紅外熱像儀測溫值與溫控儀測溫值相差不超過溫控儀測溫值的2% ;
步驟1.4:重新調整溫控儀的上限報警值，繼續加熱，待溫控儀測溫值穩定后，對比溫控儀測溫值與紅外熱像儀測溫值相差是否在溫控儀測溫值的2%之內，如小于2%，則標定成功；如若大于2%，重復步驟1.1，重新標定。
[0006]步驟2:采用專用夾具夾持工件:針對修復部位尺寸形狀及依據修復部位型面結構設計，對修復部位進行有效夾持；防止修復工件變形。
[0007]步驟3:惰性氣體保護箱內氣氛凈化:將裝夾后的修復工件置于惰性氣體保護箱內，形成整體氬氣保護狀態下進行局部熱處理，使箱內水氧含量經凈化后低于50PPM ;為修復工件局部熱處理提供一個低水氧且氬氣保護的加工環境。
[0008]步驟4:采用感應加熱裝置對修復體加熱；
步驟4.1:據修復部位形狀尺寸設計制造對應的感應加熱器，將感應加熱器調整定位在修復部位，保證合適的加熱位置和面積；
步驟4.2:采用頻率為20-80kHz的高頻感應加熱源，通過感應加熱器對工件修復部位進行加熱，產生局部高溫溫度場；通過調節加熱源的振蕩電流，控制輸出功率，調控加熱溫度。加熱部位溫度采用紅外熱像儀進行實時檢測，采樣溫度為20(TC?150(TC，采樣頻率可調 OHZ ?50HZ。
[0009]步驟5:感應加熱局部熱處理的修復組織調整優化；
步驟5.1:根據零件基體材料的熱處理特性，并結合修復體材料中各相的形貌、分布和體積分數，以及各相析出、開始固溶和完全固溶溫度，對修復區域采用不同的溫升時間、局部熱處理保溫溫度、保溫時間、冷卻時間等局部熱處理制度，完成局部熱處理，實現修復組織調整優化；
步驟5.2:根據修復樣件的應力檢測和金相組織分析，并結合修復樣件的力學性能測試分析，優化感應加熱局部熱處理制度。
[0010]所述的步驟2中的專用夾具采用熱強鋼材料制造。
[0011]與現有技術相比，本發明所具有的有益效果為:
1.感應加熱器規格尺寸可根據修復區形狀尺寸來設計制造，制造簡單，經濟實用，可實現對任意形狀和尺寸修復區的局部熱處理。
[0012]2.對修復部位采用耐高溫專用夾具夾持，安裝簡便，并起到均勻傳熱的作用，防止修復工件局部受熱變形。
[0013]3.通過調節高頻感應加熱源(頻率20-80kHz)的振蕩電流調控加熱溫度，并采用紅外熱像儀檢測修復部位加熱溫度，實現局部熱處理溫度的精確檢測和控制，可滿足不同材料修復組織調整的熱處理制度調控需要。
[0014]4.采用惰性氣體保護箱對工件形成整體氬氣保護狀態下進行局部熱處理，箱內水氧含量經凈化后可低于50PPM，防止鈦合金、高溫合金等材料局部熱處理時的高溫氧化。
[0015]5.采用感應加熱裝置可對修復工件進行局部熱處理，熱影響區小，變形小，便于實現對大型修復工件的局部熱處理。
【附圖說明】
[0016]圖1是感應加熱局部熱處理裝置示意圖。
[0017]其中1:紅外熱像儀；2:保護氣箱體；3:感應加熱電源副機；4:感應加熱器；5:修復零件；6:專用夾具；7:熱像儀測控計算機；8:感應加熱電源主機。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，一種感應加熱局部熱處理裝置，包括紅外熱像儀1、保護氣箱體2、感應加熱電源副機3、感應加熱器4、修復零件5、專用夾具6、熱像儀測控計算機7和感應加熱電源主機8，本發明所述紅外熱像儀1、保護氣箱體2、感應加熱電源副機3、感應加熱器4、熱像儀測控計算機7和感應加熱電源主機8可商業購得，或根據現有技術公開的方法制得，本領域熟練技術人員可根據現有技術進行選擇和設置。所述的紅外熱像儀I設置在保護氣箱體2，所述的紅外熱像儀I的輸入輸出與熱像儀測控計算機7的輸入輸出相連接，所述的感應加熱電源副機3設置在保護氣箱體2底部位置，所述的感應加熱電源副機3的輸入端與感應加熱電源主機8輸出端相連接，所述的感應加熱電源副機3與感應加熱器4相連接，根據零件修復區的形狀特征設計制造相對應的感應加熱器4和專用夾具6，感應加熱器4感應加熱電源副機3連接，修復零件5采用專用夾具6裝夾后，置放于惰性氣體保護箱2內。
[0019]紅外熱像儀1、感應加熱電源副機3和感應加熱電源主機8、感應加熱器4及熱像儀測控計算機7組成感應加熱局部熱處理系統。通過調節感應加熱電源主機8的電流大小，實現對修復零件5修復區的局部加熱及加熱溫度的調控；通過紅外熱像儀I對修復零件5的表面溫度進行檢測，并將溫度圖像和數據保存在測控計算機7中。
[0020]根據制定的感應加熱局部熱處理制度，采用高溫紅外熱像儀I檢測修復部位溫度，并通過感應加熱電源主機8調節振蕩電流，控制升溫速度、保溫溫度、保溫時間及冷卻時間等。
[0021]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。
【主權項】
1.一種基于感應加熱局部熱處理的大型工件修復組織優化方法，其特征是:具體步驟如下: 步驟1:利用熱電偶及溫控儀、電爐、紅外熱像儀對材料的紅外發射率進行標定； 步驟2:采用專用夾具夾持工件:針對修復部位尺寸形狀及依據修復部位型面結構設計，對修復部位進行有效夾持； 步驟3:惰性氣體保護箱內氣氛凈化:將裝夾后的修復工件置于惰性氣體保護箱內，形成整體氬氣保護狀態下進行局部熱處理，使箱內水氧含量經凈化后低于50PPM ; 步驟4:采用感應加熱裝置對修復體加熱； 步驟5:感應加熱局部熱處理的修復組織調整優化； 步驟5.1:根據零件基體材料的熱處理特性，并結合修復體材料中各相的形貌、分布和體積分數，以及各相析出、開始固溶和完全固溶溫度，對修復區域采用不同的溫升時間、局部熱處理保溫溫度、保溫時間、冷卻時間等局部熱處理制度，完成局部熱處理，實現修復組織調整優化； 步驟5.2:根據修復樣件的應力檢測和金相組織分析，并結合修復樣件的力學性能測試分析，優化感應加熱局部熱處理制度。
2.根據權利要求1所述的基于感應加熱局部熱處理的大型工件修復組織優化方法，其特征是:步驟I具體分為如下步驟: 步驟1.1:設定溫控儀上限報警溫度: 步驟1.2:將標定材料放置電爐上進行加熱，加熱至溫度穩定后保溫10分鐘以上； 步驟1.3:調整紅外熱像儀的發射率設置參數，直到紅外熱像儀測溫值與溫控儀測溫值相差不超過溫控儀測溫值的2% ; 步驟1.4:重新調整溫控儀的上限報警值，繼續加熱，待溫控儀測溫值穩定后，對比溫控儀測溫值與紅外熱像儀測溫值相差是否在溫控儀測溫值的2%之內，如小于2%，則標定成功；如若大于2%，重復步驟1.1，重新標定。
3.根據權利要求1所述的基于感應加熱局部熱處理的大型工件修復組織優化方法，其特征是:所述的步驟2中的專用夾具采用熱強鋼材料制造。
4.根據權利要求1所述的基于感應加熱局部熱處理的大型工件修復組織優化方法，其特征是:所述步驟4具體分為如下步驟: 步驟4.1:據修復部位形狀尺寸設計制造對應的感應加熱器，將感應加熱器調整定位在修復部位，保證合適的加熱位置和面積； 步驟4.2:采用頻率為20-80kHz的高頻感應加熱源，通過感應加熱器對工件修復部位進行加熱，產生局部高溫溫度場；通過調節加熱源的振蕩電流，控制輸出功率，調控加熱溫度，加熱部位溫度采用紅外熱像儀進行實時檢測，采樣溫度為20(TC?150(TC，采樣頻率可調 OHZ ?50HZ。
【專利摘要】本發明的目的是提供一種可實現對大型修復工件任意形狀修復部位的局部熱處理，滿足不同材料修復組織調整的熱處理制度調控需要，既防止修復工件局部熱處理時的高溫氧化又防止修復工件受熱變形超差的基于感應加熱局部熱處理的大型工件修復組織優化方法。采用包括步驟1：零件和夾具材料的紅外發射率標定；步驟2：采用專用夾具夾持工件；步驟3：惰性氣體保護箱內氣氛凈化：步驟4：采用感應加熱裝置對修復體加熱；步驟5：感應加熱局部熱處理的修復組織調整優化。
【IPC分類】C22F1-18
【公開號】CN104878330
【申請號】CN201510239172
【發明人】卞宏友, 趙翔鵬, 楊光, 王維, 欽蘭云, 王偉, 任宇航
【申請人】沈陽航空航天大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月12日