阅读说明：本技术 一种曲面零件的电阻加热局部热处理隔热方法 (Resistance heating local heat treatment heat insulation method for curved surface part ) 是由 罗毅 付航 蒋华 左谋 陈基东 谷平 江珍艳 田秦冠 杨雁鹏 程恩 郑凯波 张 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种曲面零件的电阻加热局部热处理隔热方法,包括S1、采用3D激光扫描仪扫描零件目标曲面,获取目标曲面的三维坐标；S2、根据获取的三维坐标和目标曲面的设计蓝图,构建目标曲面的3D修复模型；S3、根据所述3D修复模型,控制机床对隔热片板材进行数控成型,得到与目标曲面外形相同的成型隔热片板材；S4、根据目标曲面加热区尺寸,对成型隔热片板材开孔,开孔尺寸大于目标曲面加热区尺寸；S5、对成型隔热片板材内表面喷涂氧化钇热障涂层,对其外表面依次喷涂结合层、氧化锆涂层和反射层；S6、将成型隔热片板材放置于零件目标曲面和加热片之间,并将成型隔热片板材上的开孔正对于目标曲面加热区；S7、开启加热片进行目标零件的局部热处理。(The invention discloses a resistance heating local heat treatment heat insulation method for curved surface parts, which comprises the following steps of S1, scanning a part target curved surface by adopting a 3D laser scanner to obtain a three-dimensional coordinate of the target curved surface; s2, constructing a 3D restoration model of the target curved surface according to the acquired three-dimensional coordinates and the design blueprint of the target curved surface; s3, controlling a machine tool to carry out numerical control forming on the heat insulation sheet plate according to the 3D repair model to obtain a formed heat insulation sheet plate with the same shape as the target curved surface; s4, opening holes in the formed heat insulation sheet plate according to the size of the target curved surface heating area, wherein the size of the opening holes is larger than that of the target curved surface heating area; s5, spraying a yttrium oxide thermal barrier coating on the inner surface of the formed heat insulation sheet plate, and spraying a bonding layer, a zirconium oxide coating and a reflecting layer on the outer surface of the formed heat insulation sheet plate in sequence; s6, placing the formed heat insulation sheet plate between the target curved surface of the part and the heating sheet, and enabling the opening on the formed heat insulation sheet plate to be opposite to the heating zone of the target curved surface; and S7, starting the heating plate to perform local heat treatment on the target part.)

一种曲面零件的电阻加热局部热处理隔热方法

技术领域

本发明属于热隔离的技术领域，具体涉及一种曲面零件的电阻加热局部热处理隔热方法。

背景技术

大型零部件在机加工到最终尺寸时，如出现局部表面缺陷(如荧光缺陷显示)，需要采用补焊去除表面缺陷。因补焊后会造成焊接位置应力集中，焊接后未进行热处理可能导致零件在使用环境中性能恶化从而发生失效故障，所以在焊接后需要进行热处理消除焊接应力。因零件已机加工到最终尺寸，整体热处理变形较大且难以控制，所以采用局部热处理来消除焊接应力。

局部热处理是指将零件的焊缝区与、焊接热影响区及临近的母材采取局部加热的热处理方式，局部热处理广泛的用于零件的局部改性或局部消除应力。现有的局部加热源分为3种：电阻加热、感应加热和辐射灯加热。

电阻加热采用电阻丝串陶瓷片，可以覆盖形状复杂的曲面，并且可以在一个设定温度下保温一定时间。感应加热可快速加热和冷却，但无法在一个设定温度范围下进行保温。辐射加热适合于平面加热，但无法用于复杂型面。

对于零件表面为复杂型面，并需要在设定温度局部热处理，选用电阻加热方式。热处理工艺如下：热处理零部件局部修复补焊区域加热至704±14℃，保持45-60分钟后随炉冷却至室温。

最终尺寸的零件表面出现缺陷(如荧光缺陷显示)，焊缝区和焊接热影响区尺寸一般为Φ12-Φ15mm，该区域即为热处理目标区域，热处理目标区域保证704±14℃，而其余区域为非目标区域，由局部热处理的热影响区和邻近母材组成，该区域应尽量缩小热影响(降低热影响区域和降低热影响区域温度)，以此减少零件变形和氧化。

传统的电阻加热区域取决于加热片的面积，例如尺寸为100X100mm的加热片，会导致加热区域至少为100X100mm，该加热区域远远大于目标加热区域：Φ12-Φ15mm。而缩小加热片尺寸，会导致功率下降，无法达到设定温度，加热片尺寸一般不小于100X100mm。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种曲面零件的电阻加热局部热处理隔热方法，以解决传统电阻加热加热和隔热效果不佳的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种曲面零件的电阻加热局部热处理隔热方法，其包括：

S1、采用3D激光扫描仪扫描零件目标曲面，获取目标曲面的三维坐标；

S2、根据获取的三维坐标和目标曲面的设计蓝图，构建目标曲面的3D修复模型；

S3、根据所述3D修复模型，控制机床对隔热片板材进行数控成型，得到与目标曲面外形相同的成型隔热片板材；

S4、根据目标曲面加热区尺寸，对成型隔热片板材开孔，开孔尺寸大于目标曲面加热区尺寸；

S5、对成型隔热片板材内表面喷涂氧化钇热障涂层，对其外表面依次喷涂结合层、氧化锆涂层和反射层；

S6、将成型隔热片板材放置于零件目标曲面和加热片之间，并将成型隔热片板材上的开孔正对于目标曲面加热区；

S7、开启加热片进行目标零件的局部热处理。

优选地，步骤S1采用3D激光扫描仪扫描零件目标曲面，获取目标曲面的三维坐标包括：

3D扫描仪测量零件目标曲面的三维坐标，并将目标曲面外形特征数字化，对离散点云进行降噪、光顺等优化处理，输出点云数据，得到目标曲面的三维坐标。

优选地，步骤S2根据获取的三维坐标和目标曲面的设计蓝图，构建目标曲面的3D修复模型包括：

获取目标设计蓝图的三维坐标数据，用于修正扫描得到的三维坐标，并根据修正后的三维坐标构建目标曲面的3D修复模型。

优选地，步骤S3根据所述3D修复模型，控制机床对隔热片板材进行数控成型，得到与目标曲面外形相同的成型隔热片板材包括：

将所述3D修复模型转换为CAD格式的三维模型，并输出目标曲面若干优化参数，将若干优化参数转换为数控机床可识别的逻辑程序，控制数控机床对隔热片板材进行数控加工，得到与目标曲面外形相同的成型隔热片板材。

优选地，步骤S4中开孔直径距离大于目标曲面加热区直径距离0-3mm。

优选地，步骤S5对成型隔热片板材内表面喷涂氧化钇热障涂层的厚度为0.15mm-0.20mm。

优选地，步骤S5中的结合层为厚度为0.13mm-0.18mm的MniCrAl。

优选地，步骤S5中采用大气等离子喷涂氧化锆涂层，其厚度为0.20mm-0.24mm。

优选地，步骤S5中反射层为JH0502系列弹性热反射涂料，其厚度为0.17mm-0.23mm。

本发明提供的曲面零件的电阻加热局部热处理隔热方法，具有以下有益效果：

本发明在局部热处理时，将隔热片放置在零件和加热片之间，可以使隔热区域温度低于目标加热区50℃以下，从而降低热影响，本发明可以运用于复杂型面零件的局部热处理零件，在保证目标加热区域温度场的前提下，降低了非目标区域的温度，减少了非目标区域的热影响，有效预防了零件变形和零件表面污染。

附图说明

图1为隔热片加工成型流程图。

图2为局部加热图。

图3为数控机床控制成型后的隔热片板材。

其中，1、零件；2、目标加热区域；3、补焊热影响区；4、加热片；5-热处理热影响区；6、隔热片。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参考图1-图3，本方案的曲面零件的电阻加热局部热处理隔热方法，包括：

S1、采用3D激光扫描仪扫描零件1目标曲面，获取目标曲面的三维坐标；

S2、根据获取的三维坐标和目标曲面的设计蓝图，构建目标曲面的3D修复模型；

S3、根据所述3D修复模型，控制机床对隔热片6板材进行数控成型，得到与目标曲面外形相同的成型隔热片6板材；

S4、根据目标曲面加热区尺寸，对成型隔热片6板材开孔，开孔尺寸大于目标曲面加热区尺寸；

S5、对成型隔热片6板材内表面喷涂氧化钇热障涂层，对其外表面依次喷涂结合层、氧化锆涂层和反射层；

S6、将成型隔热片6板材放置于零件1目标曲面和加热片4之间，并将成型隔热片6板材上的开孔正对于目标曲面加热区；

S7、开启加热片4进行目标零件1的局部热处理。

根据本申请的一个实施例，以下将对上述步骤进行详细说明；

步骤S1、采用3D激光扫描仪扫描零件1目标曲面，获取目标曲面的三维坐标，其具体包括：

采用3D扫描仪测量零件1目标曲面的三维坐标获取点云信息，并将目标曲面外形特征数字化，对离散点云进行降噪、光顺等优化处理，输出点云数据，得到目标曲面的三维坐标。

步骤S2、根据获取的三维坐标和目标曲面的设计蓝图，构建目标曲面的3D修复模型包括：

获取目标设计蓝图的三维坐标数据，用于修正扫描得到的三维坐标，并根据修正后的三维坐标构建目标曲面的3D修复模型。

步骤S3、根据所述3D修复模型，控制机床对隔热片6板材进行数控成型，得到与目标曲面外形相同的成型隔热片6板材包括：

将3D修复模型转换为CAD格式的三维模型，并输出目标曲面若干优化参数，将若干优化参数转换为数控机床可识别的逻辑程序，控制数控机床对隔热片6板材进行数控加工，得到与目标曲面外形相同的成型隔热片6板材。

步骤S4、根据目标曲面加热区尺寸，对成型隔热片6板材开孔，开孔尺寸大于目标曲面加热区尺寸；

焊缝区和焊接热影响区尺寸一般为Φ12-Φ15mm，本实施例开孔直径距离大于目标曲面加热区直径距离0-3mm。

步骤S5、对成型隔热片6板材内表面喷涂氧化钇热障涂层，对其外表面依次喷涂结合层、氧化锆涂层和反射层；

其中，对成型隔热片6板材内表面喷涂氧化钇热障涂层的厚度为0.15mm-0.20mm。

结合层为厚度为0.13mm-0.18mm的MniCrAl。

采用大气等离子喷涂氧化锆涂层，其厚度为0.20mm-0.24mm。

反射层为JH0502系列弹性热反射涂料，其厚度为0.17mm-0.23mm。

氧化钇热障涂层与零件1直接接触，可有效阻隔成型隔热片6传导至零件1目标曲面的热量，屏蔽非目标区域的热辐射。

结合层用于缓解隔热片6表层与氧化锆涂层之间的线膨胀系数差异。

氧化锆涂层与结合层之间形成一层氧化物膜，可防止外界有害气体的进入，进而增大整个涂层的使用寿命。

反射层为JH0502系列弹性热反射涂料，可将部分热量反射回去，进一步阻隔热量，屏蔽非目标区域的热辐射。

S6、将成型隔热片6板材放置于零件1目标曲面和加热片4之间，并将成型隔热片6板材上的开孔正对于目标曲面加热区。

S7、开启加热片4进行目标零件1的局部热处理。

本发明在局部热处理时，将隔热片6放置在零件1和加热片4之间，可以使隔热区域温度低于目标加热区50℃以下，从而降低热影响，本发明可以运用于复杂型面零件1的局部热处理零件1，在保证目标加热区域2温度场的前提下，降低了非目标区域的温度，减少了非目标区域的热影响，有效预防了零件1变形和零件1表面污染。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。