CN101082357A - 耐磨刹车盘及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐磨刹车盘及其制造方法。盘体由左盘辐、右盘辐贴合焊接并与盘毂焊接构成，左盘辐、右盘辐的外侧面上分别设有耐磨材料构成的堆焊层。耐磨刹车盘的制造方法是：a.选用普通低碳钢或低碳合金钢的钢板进行左盘辐、右盘辐、盘毂的下料、机加工并组焊成型构成盘体；b.使用手工电弧焊，选用耐磨型药芯焊条，在左盘辐、右盘辐的外侧面上进行堆焊，堆焊层厚度9～12mm，焊接参数：电压18～20V，电流190～230A，直流反接，预热温度及层间温度200～250℃，焊后去应力退火，退火温度480～550℃，炉内缓冷；c.堆焊层表面进行无损探伤；d.对堆焊层外圆和表面机加工。本发明耐磨刹车盘具有耐磨性好、热疲劳性能好、焊接性能好的优点。

Description

耐磨刹车盘及其制造方法
技术领域
本发明涉及石油钻修设备技术领域，特别涉及一种耐磨刹车盘及其制造方法。
背景技术
石油钻机、修井机等钻修设备上绞车滚筒的刹车盘是绞车刹车系统的核心部件之一，与刹车块组成刹车副。一般绞车配备两个刹车盘，安装在绞车滚筒两端。目前，刹车盘的盘体材质一般是中碳合金钢锻件或中碳碳素钢，例如常用40CrMo、35CrMo、35SiMn、45#钢等，热处理技术要求是表面淬火或调质处理。刹车盘盘体为左、右盘辐贴合焊接并与盘毂焊接的结构，左、右盘辐外侧面是刹车工作面，在左、右盘辐内侧接合面上加工有环形凹槽，左、右盘辐、盘毂组焊后，环形凹槽构成盘体内部的水冷通道，通过盘体上的进、出水口及盘体外设置的冷却水管线、水泵、水箱等构成冷却水循环装置，实现刹车系统工作时，给刹车盘通冷却循环水，带走刹车副摩擦产生的热量。
上述刹车盘存在以下几个问题：第一，刹车盘工作时，因为刹车盘表面温度很高，可达900℃，这时硬度因温度高而降得很低，耐磨性降低；第二，在松开刹车后，刹车盘表面温度在3～5秒内很快降低，刹车盘因周期性的加热和冷却，承受着交变的热应力、相变应力及摩擦力，产生热疲劳裂纹，导致刹车盘因热疲劳龟裂和过度磨损而失效。刹车盘表面淬火或调质处理过程也易产生微裂纹，抗热疲劳性能较差。第三，在进行中碳合金钢锻件或中碳碳素钢的盘体焊接时，由于中碳合金钢锻件或中碳碳素钢焊接性能差，需要预热和焊后保温，而且易产生焊接缺陷，使得该种刹车盘更易出现热疲劳裂纹或因漏水而失效。
发明内容
本发明的目的是提出一种耐磨刹车盘及其制造方法，解决传统刹车盘的耐磨性差、抗热疲劳性能差、焊接性能差的问题。
本发明的目的是这样实现的：
一种耐磨刹车盘，其盘体由左盘辐、右盘辐贴合焊接并与盘毂焊接构成，左盘辐、右盘辐内侧接合面上的环形凹槽构成盘体内部的水冷通道，所述左盘辐、右盘辐的外侧面上分别设有耐磨材料构成的堆焊层。
一种制造上述耐磨刹车盘的方法，包括下列工艺步骤：
a、选用普通低碳钢或低碳合金钢的钢板进行左盘辐、右盘辐、盘毂的下料、机加工，组焊左盘辐、右盘辐、盘毂成型构成盘体；
b、使用手工电弧焊或埋弧自动焊机，选用耐磨型药芯焊条或焊丝，在左盘辐、右盘辐的外侧面上进行堆焊，堆焊层厚度9～12mm，焊接参数：电压18～20V，电流190～230A，直流反接，预热温度及层间温度200～250℃，焊后去应力退火，退火温度480～550℃，炉内缓冷；
c、堆焊层表面进行无损探伤；
d、使用车床，选用硬质合金焊接刀头刀具，对堆焊层外圆和表面机加工。
上述耐磨刹车盘的制造方法中，左盘辐、右盘辐、盘毂材料均选用Q345A钢板；所述堆焊工艺步骤之前，在左盘辐、右盘辐的外侧面上分别机加工出深度为8mm环形槽，然后在环形槽内进行堆焊；堆焊采用手工电弧焊，堆焊时采用沿圆周分段对称焊接及左盘辐、右盘辐交替焊接；所述耐磨型药芯焊条选用牌号为CHR132(D132)的CrMo型耐磨药芯焊条。
本发明的有益效果在于：
1、耐磨性好。因为焊丝是耐磨型药芯焊丝，焊后表面组织内有大量的碳化物硬质点，这些硬质点不会随着刹车温度的升高而降低硬度，因此堆焊层耐磨性比中碳合金锻钢、优质碳素钢表面淬火或调质处理的硬化层好。
2、热疲劳性能好。热疲劳性能属于低周疲劳，与材料的塑性变形能力有很大关系，塑性变形能力强，抗热疲劳性能好。显而易见，低碳钢或低碳合金钢钢板比中碳合金锻钢的塑性要好，其原因一是碳量低，二是组织致密，三是晶粒细小，四是内部缺陷少。
3、刹车盘盘体材质为低碳钢或低碳合金钢，焊接性能好，盘体组焊时不用预热，也不用焊后保温和去应力，不易产生焊接缺陷。
下面结合附图和优选方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是本发明耐磨刹车盘结构示意图。
具体实施方式
图1所示是50钻机绞车刹车盘结构示意图，刹车盘盘体由材质为Q345A的盘毂1、左盘辐2、右盘辐3组焊而成，左盘辐2上与右盘辐3的贴合面上加工有环形凹槽21，左盘辐2、右盘辐3之间贴合焊接后与盘毂1进行焊接。组焊后，左盘辐2内侧贴合面上的环形凹槽21与右盘辐3内侧贴合面间构成盘体内部的水冷通道，左盘辐2、右盘辐3的外侧面为刹车盘工作面，其上分别堆焊有耐磨材料构成的堆焊层4、5。水冷通道以及未在图中示意的盘体上设置的进、出水口，盘体外设置的冷却水管线、水泵、水箱等构成冷却水循环装置，实现刹车系统工作时，给刹车盘通冷却循环水进行冷却。
上述耐磨刹车盘的制造工艺步骤如下：
1、选用厚度分别为80mm、50mm、40mm的Q345A钢板为盘毂、左盘辐、右盘辐下料并机加工，左盘辐内侧面上加工有环形凹槽，在焊接处加工有焊接用坡口，然后组焊左盘辐、右盘辐、盘毂构成盘体。
2、在组焊后盘体的左盘辐、右盘辐外侧面上分别机加工出深度为8mm的环形槽。
3、使用手工电弧焊在左盘辐、右盘辐外侧面的环形槽内堆焊，选用牌号为CHR132(D132)的CrMo型耐磨药芯焊条，堆焊层厚度10～12mm。焊接参数：电压18～20V，电流190～230A，连接方式为直流反接，预热温度及层间温度200～250℃，焊后去应力退火，退火温度550℃，炉内缓冷；
4、堆焊层表面进行磁粉探伤，主要检查表面微裂纹，探伤方法按GB4730-94规定，I级合格。
5、使用立式车床，选用硬质合金刀头刀具，加工堆焊层端面和外圆成活，使堆焊层厚度为9mm。
经验证，用本发明方法生产制造的刹车盘，装机投入使用后，服役寿命增加80-100％，有效地减少了石油钻机、修井机的停机维修及刹车盘更换费用。

Claims (3)

1、一种耐磨刹车盘，其盘体由左盘辐(2)、右盘辐(3)贴合焊接并与盘毂(1)焊接构成，左盘辐(2)、右盘辐(3)内侧接合面上的环形凹槽(21)构成盘体内部的水冷通道，其特征在于：左盘辐(2)、右盘辐(3)的外侧面上分别设有耐磨材料构成的堆焊层(4)、(5)。
2、一种制造权利要求1所述的耐磨刹车盘的方法：其特征在于：包括下列工艺步骤：
a、选用普通低碳钢或低碳合金钢的钢板进行左盘辐、右盘辐、盘毂下料、机加工，组焊左盘辐、右盘辐、盘毂成型构成盘体；
b、使用手工电弧焊或埋弧自动焊机，选用耐磨型药芯焊条或焊丝，在左盘辐、右盘辐的外侧面上进行堆焊，堆焊层厚度9～12mm，焊接参数：电压18～20V，电流190～230A，直流反接，预热温度及层间温度200～250℃，焊后去应力退火，退火温度480～550℃，炉内缓冷；
c、堆焊层表面进行无损探伤；
d、使用车床，选用硬质合金焊接刀头刀具，对堆焊层外圆和表面机加工。
3、如权利要求2所述耐磨刹车盘的制造方法：其特征在于：左盘辐、右盘辐、盘毂材料均选用Q345A钢板；所述堆焊工艺步骤之前，在左盘辐、右盘辐的外侧面上分别机加工出深度为8mm环形槽，然后在环形槽内进行堆焊；堆焊采用手工电弧焊，堆焊时采用沿圆周分段对称焊接及左盘辐、右盘辐交替焊接；所述耐磨型药芯焊条选用牌号为CHR132(D132)的CrMo型耐磨药芯焊条。
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