高温合金细晶铸造新技术.pdf

Academic 学术 项焊接任务只需要人给它做一次示教， 随后其即可精确地再现示教的每一步操 作 。如果机器人去做另一项工作， 无需改变任何硬件，只要对它在做一次 示教即可。因此，在一条焊接机器人生 产线上，可同时自动生产若干种焊件， 十分适合建筑模板多规格品种和小批量 生产的特点。 对建筑模板制造行业而言，国内对 焊接机器人成套装备的研究还是一个空 白，而且我国的建筑模板体系于国外有 很大的不同，因此国外的建筑模板焊接 机器人成套装备除了价格昂贵以外，其 技术体系也不能很好的适应我国的国情。 c0，气体保护焊因其高效、低耗、易 操作、生产量大、焊接变形小等优点， 在汽车制造的弧焊加工自动化中广泛采 用，特别是汽车车身薄板覆盖件及车桥、 车厢、车架的焊接，C0，焊因其适用性广， 自动化程度高，成本低，占有90％以上 的比例，因此，本文对建筑模板的机器 人焊接过程及工艺参数进行研究，为提 高建筑模板生产的整体制造水平和自动 化程度，稳定产品焊接质量，改善工人 劳动条件，提高产能，使建筑模板生产 过程中的备料、拼装、焊接中关键工序 的生产技术实现自动化奠定一定的基础。 2．钢模板焊接实验设计 母材由低碳钢板组成，焊丝选用 LHQ50—6型CO，气体保护焊丝，其直径为 1．2mm。具体试验方案如下： (1)4mm钢板与4mm钢板的90。角 焊缝，分平焊和立焊； (2)4mm钢板与2mm钢板的9O。角 焊缝，分平焊和立焊。 由于试验中均为角焊缝焊接，故需 在焊接前对模板进行点焊固定及定位。 3．模板机器人焊接试验 c0，气体保护焊接工艺参数的正确选 择是获得高生产率和高质量焊缝的先决 条件，各种焊接工艺参数的选择是以焊 接生产率要求、被焊工件材料、焊缝的 位置和形状，以及焊接设备情况为基础 的。C0，气体保护焊接通常采用短路过渡 及细颗粒过渡工艺，工艺参数主要包括： 焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接 速度、送丝速度、焊丝伸出长度、气体 流量、电源极性、焊枪角度及焊接方向。 焊接过程中：焊枪角度均为7O。～ 80。，气体流量均为l5～20L／min，焊 丝伸出长度均为2cm左右，焊丝直径为 1．2mm，焊接方向平焊均是从右向左，立 焊均是从上向下，平焊均加2mm摆动， 立焊均不加摆动。 3．1 4mm钢板与4mm钢板角焊缝焊接 立焊时，采用自上向下焊接，可得 到较好的焊缝成形与质量，这是由于在 此焊接过程中保护气和电弧吹力方向均 向上，对熔化金属产生向上的拖持力， 阻碍其向下流动；而采用自下向上焊接 时，保护气和电弧吹力促进了熔化金属 的向下流动，导致焊缝成形及质量较差，。 所以，在模板生产过程中立焊均采用从 上向下焊接。 采用相同焊接方式(立焊)、送丝 速度和电弧电压时，焊接速度的变化对 焊缝成形有很大的影响，这主要是因为 大焊速下，焊丝熔滴与母材熔融金属不 能很好地融合，造成驼峰焊道缺陷，因此， 采用二氧化碳气体保护焊焊接时，要获 得成形美观的焊缝，不仅要有合适的匹 配电弧电压，而且要采用与送丝速度相 匹配的焊接速度是关键，而这一参数范 围的确定必须建立在大量实验工艺研究 的基础之上。 3．2 4mm钢板与2mm钢板角焊缝焊接 送丝速度太快会使得焊接电流过大 导致母材烧穿而焊穿了钢板。为此，我 们减小送丝速度，让焊接电流降低，解 决里这样一问题，得到了焊接质量上佳 的焊缝。 送丝速度较小使得焊接电流比较小 而导致熔宽较窄，焊缝成形不是太好。 当增大送丝速度后，熔宽明显增加。只 有焊接电流即送丝速度合适，与母材厚 度匹配时，焊缝成形才会较好，从而得 到符合要求的焊缝，送丝速度太大或太 小都是不行的。 综上所述，合适的焊接参数可以形 成质量较好的焊缝，但如果参数不合适， 就会形成焊接缺陷。因此，在焊接过程中， 必须选取合适的焊接参数。 4．结论 通过不同板厚平、立焊工艺实验研 究发现，当立焊时，采用自上向下焊接， 可得到较好的焊缝成形与质量，这是由 于在此焊接过程中保护气和电弧吹力方 向均向上，对熔化金属产生向上的拖持 力，阻碍其向下流动；而采用自下向上 焊接时，保护气和电弧吹力促进了熔化 金属的向下流动，导致焊缝成形及质量 较差。所以，在模板生产过程中立焊均 采用从上向下焊接。平焊时，送丝速度 太快焊接电流过大会导致母材烧穿而焊 穿钢板。通过减小送丝速度，让降低焊 接电流，获得焊接质量上佳的焊缝。送 丝速度较小焊接电流比较小而会导致熔 宽较窄，焊缝成形不是太好。 参考文献： [1]王彬．中国焊接生产机械化自动 化技术发展回顾[J]．焊接技术，2000， (3)：38—41 [2]薛龙，李明利，蒋力培等．焊接 机器人高度随动跟踪器的设计[J]．焊接 技术，2002， (2)：36 39 [3]李涛．国产机器人走向实用化 [J]．机器人技术与应用，1999，(11)： 8—9 [4]焦向东，潘际銮，张骅．交流 MAC,焊接电弧稳定性及其控制[J]．焊接 学报，1998．19 高温合金细晶铸造新技术 赵飞文 (214537 江苏星源电站冶金设备制造有限公司 江苏 靖江) 摘要：常规的铸造组织存在细等轴晶、柱状晶以及粗等轴晶三种晶区，高温合金细晶铸造新工艺能够确保晶粒度细小达到锻造 晶粒度，而且分布于整个铸造界面区域内的均匀等轴晶组织，相比于传统的高温合金细晶铸造工艺，高温合金细晶铸造新技术具 有超强的充型能力。本文对高温合金细晶铸造技术进行综述，探讨高温合金细晶铸造技术的现状，并且对高温合金细晶铸造新技 术进行探讨，展望高温合金细晶铸造技术的发展方向。 1．引言 高温合金是以元素周期表中第八主 族元素为基，含有适量合金元素，在高 IO2中国机械Ma(hine China 温下能够承受较高应力、较高的抗氧化 性能和良好的组织稳定性的合金材料， 从上世纪3O年代开始，高温合金主要应 用于航空发动机的热端部件制作，当前 高温合金体系已经初步形成。上世纪5O 年代高温合金逐渐形成了镍基、铁基、 钴基三大高温合金体系，而且相继出现 定向凝固、单晶、粉末冶金和机械合金 化等工艺，高温合金细晶铸造技术也出 现于该时期。当前高温合金细晶铸造技 术在能源、交通运输和化学工业等领域 得到了广泛的应用，成为国民经济和国 防建设具有重大战略意义的材料， 2．高温合金细晶铸造研究发展 锅炉燃烧器用的喷口(耐热合金) 的恶劣工况对于高温合金铸件提出更高 的要求，因此在整体叶盘和涡轮机匣等 期间的铸造，通常为普通熔模精铸的工 艺条件下的粗大树枝晶或柱状晶，晶粒 的平均尺寸大于4mm，因此容易造成铸件 使用过程中的疲劳纹的产生，影响铸件 的整体性能与使用寿命。采用细晶铸造 技术，能够改善铸件中的低温疲劳性能 和其他力学性能，延长铸件的使用寿命。 2．1细晶铸造原理和方法 细晶铸造技术的原理是通过控制普 通熔模铸造工艺，强化合金的形核机制， 在铸造过程中使合金形成的莱昂结晶和 新，组织晶核长大，从而火大晶粒尺寸 小于1．6mm的均匀、细小、各项同性的 等轴晶铸件，从而确保铸件的性能。常 用的细晶铸造方法有动力学法、热控法、 改变铸造参数法、化学法等多种方法。 2．2细晶铸造研究进展 上世纪70年代中期开始，美国 Howmet公司发展了高温合金细晶铸造 法，采用Grainix法控制合金铸造热参 数，从而对合金铸造晶粒大小进行控制。 1984年美国Airresearch铸造公司采用 热控法生产了T一63型发动机的IN713合 金整体涡轮，将浇筑过热度控制在27℃ 以下，平均晶粒度达到ASTM 00级别， 细晶铸造技术生产的涡轮低周疲劳寿命 提高了75％。钢铁研究院从上世纪80年 代开始采用热控法研究直径为250mm的 涡轮的细晶铸造技术，采用合金液相线 以上约30℃的浇注温度得到型壳，结果 表明热控法能够细化晶粒，但是因为热 控法的浇注温度低，因此显微疏松较多， 采用热等静压处理会提升铸造成本。 3．高温合金细晶铸造新技术研究 高温合金细晶铸造新技术主要是针 对高温合金的大型复杂难充型铸件的细 晶铸造工艺，采用感应电流对金属液体 施加一定的交变磁场，从而在金属液中 产生合适的感应电流，从而确保金属能 够持续降温，保持合金的纯液态形态， 使液态金属具有良好的充型能力，最终 获得全铸造的均匀细等轴晶。 3．1充型能力研究 采用铸造新技术，能够确保合金单 相液体的充型能力，该技术已经制成多 种Ni基高温合金铸件，采用顶注加侧注 的方法设计法兰铸件，对法兰厚大部位 进行补缩。为了对充型能力进行研究， 设计制造60kg细经真空铸造炉，采用特 定的电磁场参数保证金属液体能够在熔 点以下保持纯液态，浇筑温度能够达到 熔点以下lO一16℃，通过该设备能够得到 K4168细晶铸件，得到的铸件冒口下方和 冒口上表面层均形成了细晶组织，冒口 部分的中心部位形成大的缩孔和粗大的 柱状晶。形成柱状晶的主要原因是过冷 液体在热传导的有利部位迅速生长，通 过铸型壁传导结晶潜热，从而形成不具 有过冷度的普通低温金属液体，从而生 成粗大的柱状晶结构。 3．2铸造新技术优点 对过冷金属液体施加抑制固相形核 的电磁场，能够对过冷金属液体的凝固 过程进行控制，因为过冷金属液体凝固 过程是在充型完成后开始的，因此为了 达到细晶凝固的条件，坩埚内的金属液 体温度需要降低到熔点低温浇筑温度。 Academ ic 学术 但是该阶段的金属液体内部温度均匀性 很差，有些局部已经是固、液两相混合 的粥状液体，因此结构复杂、薄壁类的 铸件会形成欠铸缺陷。在高温合金细晶 铸造技术中注入过冷的金属春液体，采 用电磁场保证金属液体的均匀状态，最 终得到的法兰逐渐铸造界面全部是均匀 的等轴细晶，薄壁件充型完整，棱角分明， 具有优异的充型能力。采用施加人为影 响因素使金属液体过冷新型细晶铸造工 艺所铸铸件达到了普通锻造、轧制级别 的晶粒度，而且产生的金属液体使等轴 的，且能够完成大型复杂耐压关键不见， 对于节约能源、资源具有重要的意义。 新型细晶铸造工艺的力学性能如表1所 刁 。 表1 K4168细晶铸件法兰铸件力学性能 抗托强度 Jllf J墨{强度 延仲# 珏^膻FC obJlVlPa ~／MPa ，％ 审 l010 6∞ 22 0 0 880 585 16 0 1g6 1020 73o l3 0 4．结束语 高温合金细晶铸造技术对于铸造具 有重要的意义，传统的铸造技术包括有 动力学法、热控法、改变铸造参数法、 化学法等多种技术，在铸造冷却的过 程中施加合适的电磁场，能够控制金属 液体在过冷状态下完成充型，而且该方 法能够在复杂、薄壁的典型铸件上得到 ASTM3级以上的均匀等轴细晶组织，充型 能力强，达到了较高的力学性能水平。 参考文献： [1]专利文献CN102133629A．一种轻 合金电磁悬浮铸造装置和方法 [2]蒋业华，戴长泉，周荣．流变 铸造半固态亚共晶高铬铸铁组织形成研 究．特种铸造及有色合金，2004(6)：24 定流量中央空调制冷系统节能改造浅析 张军辉 (510320 广州地下铁道总公司运营事业总部 广东 广州) 摘要：定流量中央空调供冷系统中，冷冻水泵及冷却水泵工频运行，总供水量不随冷负荷的变化而变化。此运行方式能量损耗 显著，采用变流量控制系统对定流量空调制冷系统进行节能改造，实现中央空调制冷系统高效节能运行。 关键词 目前广州地铁的空调制冷系统主要 采用水冷式冷水机组，分集中冷站供冷 和独立供冷两种方式。独立供冷车站， 由定流量水冷式冷水机组向整个车站中 央空调系统提供冷源。通过对定流量冷 水机组的能量损耗进行分析，提出变流 量控制节能改造的建议。 1．定流量水冷式冷水机组结构 分析图l_1，可以将定流量水冷式冷 水机组分成以下几个系统： 1．1制冷剂循环系统 由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发 器及之间的管道封闭连接组成。制冷剂 从蒸发器吸热，吸收的热量送到冷凝器 那里后放热。 1．2冷冻水系统 由定频冷冻水泵，连接管道及相关 附件组成。通过冷冻水泵做功，将冷冻 水送到末端设备的表冷器，由表冷器完 成与环境空气的热量交换，产生的低温 空气。 中国机械Machine China 103