CN101602162B

CN101602162B - 一种制造硬质点耐磨复合钢板的方法及设备

Info

Publication number: CN101602162B
Application number: CN2009101519429A
Authority: CN
Inventors: 郭面焕; 刘爱国; 所春固; 所健彬
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2029-07-06
Also published as: CN101602162A

Abstract

一种制造硬质点耐磨复合钢板的方法及设备，其方法将基体钢板表面进行熔焊形成熔池，熔池内不允许有渣；将颗粒状的硬质点颗粒材料均匀地撒入熔池上面，随后用辊轮在熔池上面碾压，将硬质点材料碾压进熔池中或熔池的表层，形成表面平整的硬质点复合层，该硬质点复合层与所述的基体钢板构成所述的硬质点耐磨复合钢板。本发明的优点：复合层硬质点材料可选用硬质合金，金属陶瓷、金刚石等高硬度的任何材料，可显著提高复合钢板的耐磨性能；结合强度高，表面平整、厚度均匀，而且硬质点材料不会被高温分解或烧损而发生性能的改变。其设备，不仅专用于制造硬质点耐磨复合钢板的制造，而且也适用于其它类型复合钢板的制造，能实现自动化生产。

Description

一种制造硬质点耐磨复合钢板的方法及设备

技术领域

本发明涉及一种制造硬质点耐磨复合钢板的方法及设备，主要用于生产制造具有超高耐磨使用寿命的复合钢板产品，也适用于制造其它类型的复合钢板。

背景技术

机械工业每年有一半的钢材用于备件的生产，备件中的大部分是由于磨损寿命不高而失效的，80％的机械零部件的失效是由磨损造成的。在矿山、冶金、水泥、煤炭、电力、石油化工、交通运输、机械制造等行业中，大部分生产设备在使用过程中，由于零部件的严重磨损，导致关键零部件或整条生产线不能正常运行，从而给企业带来很大的经济损失。提高设备磨损的使用寿命和安全运行，不仅能产生巨大的经济价值，而且具有可节省资源和能源的重大社会效益。

耐磨复合钢板具有综合机械性能好、耐磨寿命高、成分易于控制等特点，成为耐磨钢铁材料中的佼佼者。目前制造耐磨复合钢板的方法较多，包括复合铸造、自蔓延合成、激光熔覆、喷涂、喷焊、等离子粉末熔敷、电焊条手工熔敷、粉末块碳弧手工熔敷、丝(板)材自动电弧熔敷等方法。这些方法都具有各自的优点，在工业应用中做出了很大的贡献，但制造硬度＞HRC70以上的大面积复合钢板难度非常大，尤其制造结合强度高的陶瓷复合层钢板很难实现。众所周知，硬度＞HRC70以上的复合钢板，复合层材料的硬度必须＞HRC70以上，所以往往在材料中加入大量的碳化物、氮化物等以提高复合层的硬度，这些材料的加入可以提高复合层的硬度，但这些材料往往会在液态熔池中产生下沉和上浮的现象，使凝固后的金属组织很不均匀，而且这些材料在熔焊高温的作用下极易分解和烧损，使性能下降，制造后的复合钢板的复合层很脆，很难承受冲击磨损的使用，尤其在制造大面积复合钢板时，复合层很容易起裂、剥离脱落。陶瓷材料一般不与金属互熔，很难加入到金属复合层中，所以陶瓷复合钢板的制造更难。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造硬质点耐磨复合钢板的方法及实施该方法所使用的设备，解决目前不能制造硬度＞HRC70以上的大面积复合钢板和结合强度高的陶瓷复合层钢板的难题。

本发明的技术方案是：

一种制造硬质点耐磨复合钢板的方法，其特征在于：将基体钢板表面进行熔焊形成熔池，熔池内不允许有渣；将颗粒状的硬质点颗粒材料均匀地撒入熔池上面，随后用辊轮在熔池上面碾压，将硬质点材料碾压进熔池中或熔池的表层，形成表面平整的硬质点复合层，该硬质点复合层与所述的基体钢板构成所述的硬质点耐磨复合钢板。

所述的基体钢板选用Q235材料；特殊用途要求时，可选用所要求的材料作为基体板材，但必须是具备焊接性好、不产生焊接裂纹的材料。

所述的硬质点材料可采用硬质合金、金刚石、陶瓷或高硬度的合金材料；该硬质点材料颗粒的大小按使用条件选择，选择范围为2.5μm～0.35μm，颗粒太小容易分解，颗粒太大容易掉块；该硬质点材料的颗粒形状可为球形或不规则菱形，不规则菱形成本较低，但冲击磨损时多选择球形。

所述的熔池通过直接熔化基体钢板表层形成，或通过在钢板表面熔焊或熔敷丝材、带材、粉料、粉块等金属材料的方式形成；所述的硬质点复合层的硬度范围HRC70～97。

一种用于实施上述的方法的设备，其特征在于：包括配电箱、设备机架、机头运行机构、工作台运行机构、机头装置、送料装置、操作控制台、直线导轨、工作台、钢板夹具、碾压辊轮机构和熔焊设备，所述的设备机架为龙门式结构，在其上面安装有机头运行机构、送料装置、管线总成接口盒、连接管线及其它辅件；在该设备机架的下方的地基上装有直线导轨，在该直线导轨上安装可以沿其直线往复移动的工作台，该工作台由工作台运行机构驱动，在该工作台上装有钢板夹具；机头装置和碾压辊轮机构连接在机头运行机构上并随该机头运行机构的移动轨迹移动；在所述的机头装置的撒料嘴的上端通过柔性送料管与所述的送料装置底端的出料口连接；在所述的设备机架旁边装有相互电连接的操作控制台、熔焊设备和配电箱，该熔焊设备的输出端与机头装置上的熔枪连接。

所述的机头装置包括机头架、机头定位杆、熔枪和撒料嘴，机头架是用于装配本机构部件的架体；机头定位杆的上端装配在所述的机头运行机构上，并跟随机头运行机构的移动轨迹运行，机头定位杆能进行上下、左右、前后位置的手动微调，采用齿条方式实现的，并能进行平面90°的自动转动，采用可控微型电机和涡轮蜗杆结构形式实现的；熔枪是根据所选熔焊方法确定熔枪的类型，要求熔枪牢固地安装在所述的机头架的下面；撒料嘴固定在机头架上，撒料嘴的上端通过柔性送料管与所述的送料装置底端的出料口连接，撒料嘴的下端设计为鸭嘴形，根据硬质点颗粒料的大小和送料量，撒料嘴的扁度、宽度可调整；该撒料嘴设定在碾压辊轮机构的碾压辊轮的前上方，电弧的后面。

所述的碾压辊轮机构由辊轮架和碾压辊轮组成，安装在所述的机头行走机构上，辊轮架是固定碾压辊轮的定位架，能进行辊轮压力和角度的调节，并具有一定的弹性；碾压辊轮采用高温陶瓷材料制作，具有不粘黏液态金属的效果，用于将硬质点颗粒材料碾压入熔池中或牢固地碾压在熔池表层，形成一条平整的复合层。

所述的送料装置安装在机架上，包括料斗、筛网、粉料输送装置和柔性送料管，料斗是用于装硬质点颗粒材料；筛网是过筛硬质点大颗粒料和大形状异物，避免堵塞送料管道；粉料输送装置是控制硬质点颗粒料流量的多少，通过微型调速电机带动螺旋轴的旋转，将料输送到柔性送料管中，调节螺旋轴的旋转速度控制硬质点颗粒料的输送量大小，停止旋转即能停止送料；料斗内安装筛网，该料斗的下端通过所述的柔性送料管与所述的机头装置的撒料嘴的上端连接。

所述的钢板夹具用于夹紧并固定复合钢板，防止在熔焊过程中钢板产生变形，该钢板夹具可根据所制造的复合钢板尺寸大小，该钢板夹具由压板和螺栓组成，压板上有通孔，在所述的工作台的上面分布着许多与所述的通孔对应的螺孔，螺栓穿过压板的通孔固定在工作台上。

在采用需要气体的熔焊方法时，需要配备熔焊用气体供应装置，该熔焊用气体供应装置包括气瓶、减压器、气压表、流量计、输气管道及气阀，与所述的熔焊设备用气口连接，为与其熔焊设备提供所需要的气体；在采用需要冷却的熔焊方法时，需要配备循环冷却水装置，该循环冷却水装置包括水箱、水泵及水阀，用于冷却熔焊枪体。

由于采用了上述技术方案，本发明取得了如下效果：

(1)该方法是采用熔化焊的方法，将硬质点颗粒材料撒入熔池上面，随后采用辊轮将硬质点材料碾压进熔池中或熔池表层而制造复合钢板产品的一种创新工艺。其特征是：

①该工艺不仅能实现直接熔化基体钢板的方式制造复合钢板，而且还能实现在钢板表面熔焊(或熔敷)丝材、带材、粉料、粉块等金属材料的方式制造复合钢板；

②复合层硬质点材料可选用硬质合金，金属陶瓷、金刚石等高硬度的任何材料，硬度远大于HRC70，所以可显著提高复合钢板的耐磨性能；

③由于采用了熔化焊随后碾压的方法，能将硬质点材料均匀地碾压进熔池内或牢固地黏粘在熔池表层，实现了硬质点复合层与基体钢板之间的结合强度高，表面平整、厚度均匀的特征，而且硬质点材料不会被高温分解或烧损而发生性能的改变。

(2)熔焊-碾压制造硬质点耐磨复合钢板设备，不仅专用于制造硬质点耐磨复合钢板的制造，而且也适用于其它类型复合钢板的制造，其特征是：

①能实现自动化生产；

②能满足厚度：4mm～200mm；宽度：10mm～2000mm；长度：100mm～3000mm规格范围内复合钢板的制造；

③能适用多种自动熔焊的方法和配套相应的熔焊设备；

④能达到将硬质点材料按所需数量均匀地撒入熔池上面的效果；

⑤具有复合钢板在熔焊过程中不变形的特点。

附图说明

图1是制造硬质点复合钢板的专用设备示意图；

图2是机头装置示意图；

图3是送料装置示意图。

附图标记说明：

1、配电箱；2、设备机架；3、机头运行机构；4、工作台运行机构；5、机头装置；6、送料装置；7、操作控制台；8、管线总成接口盒；9、直线导轨；10、工作台；11、钢板夹具；12、熔焊设备；13、熔焊用气体；14、循环冷却水装置；15、监视屏；16、触摸显示屏；17、操作开关按钮；18、监控摄像头；19、碾压装置；21、机头架；22、机头定位杆；23、熔焊枪；24、撒料嘴；25、辊轮架；26、碾压辊轮；27、电弧；28、熔池；29、复合层；30、料斗；31、筛网；32、粉料输送装置；33、柔性送料管。

具体实施方式

本发明的技术关键：

①能实现将硬质点材料按所需数量均匀撒入熔池上面。

②能将硬质点材料碾压进熔池内或牢固地黏粘在熔池表层。

③能控制复合钢板在熔焊过程中不变形。

1、本发明的制造硬质点复合钢板专用设备的设计要求：

①能控制和调节熔焊复合钢板的工艺参数；能实现硬质点复合钢板自动化生产工艺。

②满足复合钢板的规格尺寸：厚度：4mm～200mm；宽度：10mm～2000mm；长度：100mm～3000mm。

③能适用多种自动熔焊的方法和配套相应的熔焊设备。

④能实现直接熔化基体钢板或在钢板表面熔焊(或熔敷)丝材、带材、粉料、粉块等金属材料，并形成熔池(熔池必须无渣)。

⑤能实现将硬质点材料按所需数量均匀撒入熔池上面。

⑥能将硬质点材料均匀碾压进熔池内或牢固地黏粘在熔池表层。

⑦能控制复合钢板在熔焊过程中不变形。

2、制造硬质点复合钢板工艺方法的设计要求：

①采用上述专用设备实现硬质点复合钢板的制造工艺；即：熔焊形成熔池——在熔池上面撒入硬质点颗粒材料——用辊式碾压方法将硬质点颗粒材料均匀碾压进熔池内，或碾压镶嵌、牢固地黏粘在熔池表层。

②基体钢板选用Q235材料，特殊用途要求时，可选用所要求的材料作为基体板材，但必须具备焊接性好、不产生焊接裂纹的材料。

③硬质点材料按用户要求，可选用硬质合金、金刚石、陶瓷或高硬度的合金材料；硬质点材料颗粒的大小按使用条件选择，选择范围：2.5μm～0.35μm，颗粒太小容易分解，颗粒太大容易掉块；颗粒的形状可为球形或不规则菱形，不规则菱形成本较低，但冲击磨损时多选择球形。

按照实施方案的要求，制造硬质点复合钢板的专用设备见附图1所示，主要由配电箱1，设备机架2，机头运行机构3，工作台运行机构4，机头装置5，送料装置6，操作控制台7，管线总成接口盒8，直线导轨9，工作台10，钢板夹具11、碾压辊轮机构19等组成，另配套熔焊设备12，熔焊用气体13，循环冷却水装置14等。

下面结合附图对本发明专用设备的结构及功用进行详细说明：

●配电箱1-由开关、插座、过电保护装置等组成，为专用设备和配套设备供电。

●设备机架2-为龙门式结构，主要是用于装配合固定机头运行机构3、送料装置6、管线总成接口盒8、连接管线及其它辅件的框架支撑作用。

●机头运行机构3-是从厂家购买的专用焊接机头运行机构，装配在设备机架1上，是三坐标动作装置，可实现机头装置5的横向、纵向、垂直及摆动等轨迹的运行和碾压装置19的运动，在程序控制下实现自动作业。在运行状态下可以对速度任意进行设置调节，并能实现纵向和横向的同步调整，以满足熔焊操作工艺参数的调节。在手动状态下可以实现横向、纵向同时运动，便于调整熔焊位置。无论自动或手动调节均可在操作控制台7上的触摸屏16上显示有关数据。其用途是带动机头装置5和碾压装置19按设定的轨迹运行。

●工作台运行机构4-由调速电机、变速箱、直线导轨9、滚珠丝杠副等组成。其用途是带动工作台10直线往复运动，按照所设定的行走速度和移动时间运行。工作台10装配在直线导轨9上面，直线导轨9对工作台10起支撑和导向作用，滚珠螺母固定在工作台下面，调速电机和变速箱带动滚珠丝杠旋转，从而带动滚珠螺母行走来实现工作台在直线导轨上滑动运行。工作台上面分布着许多螺丝孔，压板的固定和位移是靠螺钉将压板拧在工作台上的。

●机头装置5-具体结构见附图2所示，主要由机头架21、机头定位杆22、熔枪23、撒料嘴24、柔性送料管33等组成。机头架21是用于装配本机构部件的架体；机头定位杆22装配在机头运行机构3上(附图1)，采用机械方式实现的，跟随机头运行机构3的移动轨迹运行，机头定位杆22能进行上下、左右、前后位置的手动微调，采用齿条方式实现的，并能进行平面90°的自动转动，采用可控微型电机和涡轮蜗杆结构形式实现的；熔枪23是根据所选熔焊方法确定熔枪的类型，要求熔枪正确牢固地安装在机头架上；撒料嘴24设计为鸭嘴形，根据硬质点颗粒料的大小和送料量，撒料嘴24的扁度、宽度可调整，撒料嘴24与柔性送料管33(附图3)连接。

●碾压辊轮机构19-见附图2所示，由辊轮架25、碾压辊轮26组成，安装在机头行走机构3(附图1)上，辊轮架25是固定碾压辊轮26的定位架，内装有弹簧和调节锁定螺母，锁定螺母可实现辊轮压力和角度的调节及锁定，并具有一定的弹性；碾压辊轮26是采用高温陶瓷材料制作，具有不粘黏液态金属的效果，用于将硬质点颗粒材料碾压入熔池中或牢固地碾压在熔池表层，形成一条平整的复合层。

●送料装置6-该机构装置在机架2上，结构见附图3所示。由料斗30、筛网31、粉料输送装置32、柔性送料管33等组成。料斗30是用于装硬质点颗粒材料；筛网31是过筛硬质点大颗粒料和大形状异物，避免堵塞送料管道；粉料输送装置32是控制硬质点颗粒料流量的多少，通过微型调速电机带动螺旋轴的旋转，将料输送到柔性送料管33中，调节螺旋轴的旋转速度控制硬质点颗粒料的输送量大小，停止旋转即能停止送料；柔性送料管33与机头架21(附图2)上的柔性送料管33连接，是输送硬质点颗粒材料的管道。

●操作控制台7-主要由熔焊监控系统、参数设置系统、程序控制系统、操作控制系统等组成，是设备参数设置、调节、控制的操作枢纽。

①熔焊监控系统-由监控摄像头18、监视屏15及监控电路等组成。操作者可随时观察熔焊的工作过程，便于能及时发现和处理问题，同时兼有当熄孤时能自动停机的功能。

②参数设置系统-由PLC程序控制系统、参数设置的触摸显示屏16等组成。其功能是设置熔焊复合钢板所需要的工艺参数值和自动或手动操作参数方式，兼有自动报警装置，避免错误操作。

③操作控制系统-由控制电路及操作开关按钮17等组成，是操作设备运行的执行机构，主要控制熔焊设备12、循环冷却水装置14、送料装置6、机头运行机构3、工作台运行机构4和熔焊监控系统的启动、运行及停止。

●管线总成接口盒8-用于连接外部配套设备和操作控制台的电缆和气、水管线等。

●直线导轨9-是工作台运行机构4的行走轨道，用于支撑和拖动工作台10运行。

●工作台10-随工作台运行机构4的传动运行，是放置和固定复合钢板的平台，是进行自动熔焊复合钢板的工作台。工作台具有对钢板分散热量和均匀保温作用，能有效地减少钢板的变形。

●钢板夹具11-配置在工作台10上，用于夹紧并固定复合钢板，防止在熔焊过程中钢板产生变形。钢板夹具可根据所制造的复合钢板尺寸大小，在工作台上随意移动位置进行固定复合钢板。

●熔焊设备12-用来熔焊钢板的复合层，针对基体钢板的材质及焊接性，和根据直接熔化基体钢板或在钢板表面熔焊金属材料的方式(熔池必须无渣)，可选用最佳的熔焊方法及相应的熔焊设备。

●熔焊用气体13-由气瓶、减压器(气压表)、流量计、输气管道及气阀组成。其功能是为熔焊提供所需要的气体，不需用气体的熔焊方法可不选用和不连接。

●循环冷却水装置14-由水箱、水泵及水阀等组成，其用途是冷却熔焊枪体，不需用冷却的熔焊方法可不选用和不连接。

本发明专用设备的性能指标：

●设备功率：7KVA(不包括熔焊设备)。

●机型：双机头复合钢板熔焊-碾压成形设备。

●质量监视系统：观察监控熔焊全过程质量，熄孤时能自动停车。

●PLC程序控制系统：设定自动和手动操作方式，设置工艺参数值及控制程序。

●熔焊方法：能适用激光熔焊、等离子熔焊、气体保护焊等自动熔焊的方法和设备。

●熔焊方式：直接熔化基体钢板，或在钢板表面熔焊(或熔敷)丝材、带材、粉料、粉块等金属材料，并形成熔池(熔池必须无渣)。

●硬质点颗粒材料：硬质合金、金刚石、陶瓷或高硬度的其它合金材料，粒度范围：2.5μm～0.35μm。

●复合钢板规格尺寸：厚度：4mm～100mm；宽度10mm～2000mm；长度100mm～3000mm。

●复合钢板基体材质：具有焊接性好、熔焊后的钢板无裂纹的材料均能适应，首选Q235。

●钢板夹具：按照所制造的复合钢板尺寸大小，在工作台上可随意移动位置进行固定。

●机头运行轨迹：为三坐标动作装置，能执行横向、纵向、垂直及摆动等轨迹的运动。

●机头横向全程移动范围：0～2050mm，速度：0～1200mm/min。

●机头横向间隔移动范围：0～60mm/每次，速度：0～1000mm/min。

●机头横向自动摆动范围：0～60mm，速度：0～750mm/min。

●机头纵向移动范围：0～50mm，速度：0～300mm/min。

●机头上下移动范围：0～250mm，速度：0～500mm/min。

●工作台全程移动范围：0～3100mm，速度：0～1500mm/min。

●工作台间隔移动范围：0～40mm/每次，速度：0～400mm/min。

本发明设备技术关键及保证措施是：

针对制造硬质点高耐磨复合钢板的关键技术，从设备的角度做了如下的技术保证措施。

●将硬质点材料按所需数量均匀撒入熔池上面的措施：采用了送料装置(附图3)和机头装置(附图2)的合理设计方案。

①见附图3，硬质点颗粒材料通过筛网31的过筛程序，能将大颗粒料和大形状异物过滤，避免堵塞送料管道，同时能减轻料的堆聚现象，减缓送料的不均匀程度。

②见附图3，粉料输送装置32能有效地控制料的输送量和均匀程度，通过调节螺旋轴的旋转速度实现。

③见附图2，撒料嘴24设计为鸭嘴形，根据硬质点颗粒料的大小和送料量，撒料嘴24的扁度和宽度均可调整，能进一步限定送料量和撒料面积的均匀程度。

④见附图2，撒料嘴24设定在碾压辊轮26的前上方，电弧27的后面，这一合理设计，既不影响电弧正常形成熔池28，又不会使硬质材料产生高温分解，而且硬质材料正好撒落在碾压辊轮26的前上方，随着碾压辊轮26的旋转流淌并平铺在熔池上面。这些措施都是保证硬质点材料能按所需数量均匀地撒入熔池上面的有效可行的保证。

●将硬质点材料碾压进熔池内或牢固地黏粘在熔池表层的措施：主要是采用了机头装置(附图2)的合理设计方案。碾压辊轮26设定在撒料嘴后下方，并通过辊轮架25调节碾压辊轮26的压力，使硬质点颗粒材料很容易地碾压进液态熔池中28，形成平整的复合层29。

●控制复合钢板在熔焊过程中不变形的措施：在排除焊接工艺因数影响变形外，在设备制造时重点考虑了控制变形的问题，钢板在熔焊过程中如果产生一定的变形，就不能继续进行自动熔焊，所以解决变形的问题是必须的，本发明采取的措施见附图1。

①采用钢板夹具11强制压紧方式，将钢板边缘压紧，如果熔焊的钢板面积较大，还得在钢板中间部位实施分区压紧，这样可强制钢板凸起并减小收缩量。

②工作台10采用保温和聚热好的大厚度钢制平台，能很好地吸热而分散熔焊钢板的热量集中，能有效地聚热而预热钢板和减缓钢板的冷却速度，可以平衡钢板在熔焊过程中整体的温差。这种方式效果非常好，保证了熔焊过程钢板不会产生平面变形。钢板冷却后再从工作台10上取下的复合钢板，平面变形很小，几乎不需要校平。

本发明制造硬质点复合钢板的工艺方法的实施内容：

1、确定实施内容：

根据复合钢板的使用环境和条件，确定复合钢板的规格大小、品种类型→确定基体钢板和硬质点材料的类型→确定复合钢板制造方式和熔焊方法→确定相应的操作工艺规范和设定参数值。

按照确定了的实施内容，在专用设备上配套熔焊设备→准备复合钢板制造材料→设定工艺参数值→一切准备就绪后开机制造复合钢板→完成后对复合钢板进行质量检验→合格后入库销售。

下面是两个具体实施例。

一、煤矿160吨自卸车厢斗用耐磨钢板制造的实施例：

1.产品使用环境和条件：

复合钢板用在车厢斗底板，承受煤炭的冲击和卸车时的磨削磨损，所以希望复合钢板同时具有一定的抗冲击韧性和很高的抗磨削磨损性能。

2.复合钢板的类型和所选材料的确定：

根据复合钢板要一块一块地焊接在车地板上，为满足用户的施工要求，复合钢板的面积设计为1000mm×1000mm；针对本产品的使用环境和条件，复合钢板的基板厚度为12mm，硬质点耐磨复合层为4mm；考虑到复合钢板要承受一定的冲击性、耐磨性和成本问题，基体钢板选用Q235钢，硬质点材料选用WC硬质合金球形颗粒，粒度为+2.5μm～-0.8μm，熔焊材料选用Φ2.0mm的08Mn2Si丝材。

3.熔焊工艺方法的确定：

由于确定了08Mn2Si焊接材料，所以选用CO₂气体保护焊堆焊的方式，特点是焊接工艺稳定，生产效率高，制造成本低。方法是在基体钢板表面堆焊一层08Mn2Si材料，同时在熔池上面撒入WC硬质合金球形颗粒，随后实施碾压成形的工艺。

4.复合钢板制造准备工作

●参照附图1进行熔焊设备的装配，采用两套熔焊设备制造复合钢板以提高生产效率。

●焊枪安装在机头装置5上，焊丝安装在设备机架2上。

●CO₂气体13与焊机12连接，焊机12和操作控制台7的电源线与配电箱1连接；焊机的输出电缆和CO₂气体输出管线、操作控制台的控制线和供熔焊-碾压设备的电缆线与管线总成接口盒8连接。

●将基体钢板放置在工作台10上中心部位，用钢板夹具11将钢板四周固定夹紧。

●将焊枪移动到复合钢板的熔焊起始位置，调整好熔焊枪的杆伸长位置。

●将WC硬质合金颗粒装入送料装置6的料斗中，调好送料装置6的送料速度。

5.参数的设定

●在焊机12上设定CO₂气体的流量及焊接电流值(即送丝速度)。

●通过碾压辊轮机构19，调节好碾压辊轮的压力和角度。

●在操作控制台7的触摸显示屏16上，设定熔焊复合钢板的自动熔焊方式和工艺参数值，包括机头横向全程移动、横向间隔移动、横向自动摆动、纵向移动、上下移动的范围及速度，工作台全程及间隔的移动范围和速度等。

6.操作程序及熔焊

●合上配电箱1的电源，在操作控制台7的操作开关按钮17上，按动控制电源总开关，然后按动自动熔焊按钮，设备按照设置的程序和参数值会自动熔焊，熔焊完后会自动停机。

●自动熔焊程序：送气-送丝引弧-机头运行机构带动机头装置运行-工作台运行机构带动工作台运行-送料装置运行-熔焊。焊完一道后，会自动返回继续熔焊，直到焊完为止。返回时，撒料嘴24(附图2)会自动围绕熔焊枪旋转90°，一直保持在熔焊枪的后面位置。

●自动停机程序：通过程序设置会自动停机，程序是：工作台运行机构带动工作台停止运行-送料装置停止运转-电弧熄灭-机头运行机构带动机头装置停止运行-停止送气-结束熔焊。

7.产品的特点：制造后的复合钢表面虽然有硬质点材料颗粒分布，但很均匀平整无变形，复合层硬质点通过钢锤狠砸不会掉落，通过用户实际使用，比HRC60的复合钢板提高使用寿命将近6倍以上。

二、垃圾发电厂炉用部件的实施例：

1.产品使用环境和条件：

炉用部件承受1000℃的高温氧化和被燃烧后垃圾废料的磨损，原用0Cr23Ni13耐热钢的使用周期约4个月左右，希望复合钢板提高磨损性能。

2.复合钢板的类型和所选材料的确定：

根据部件的实际使用尺寸，复合钢板的面积设计为1000mm×500mm；针对本产品的使用环境和条件，复合钢板的基板选用原部件使用的0Cr23Ni13耐热钢板，厚度为12mm；硬质点耐磨复合层为2mm；硬质点材料选用价格较低的Al₂O₃金属陶瓷材料，粒度为+1.0μm～-0.1μm。

3.熔焊方式及工艺方法的确定：

考虑基体钢板的熔焊工艺和生产效率问题，选用等离子熔焊的方法和采用直接熔化基体钢板表层的方式，在熔池上面撒入Al₂O₃金属陶瓷颗粒材料，随后实施碾压成形的工艺。

4.复合钢板制造准备工作

●参照附图1进行熔焊设备的装配，采用一套熔焊设备制造复合钢板。

●焊枪安装在机头装置5上。

●焊机12和操作控制台7的电源线与配电箱1连接；氩气13与焊机12连接，循环冷却水装置14的水泵电源线与操作控制台7连接，焊机12的输出电缆和氩气输出管线、操作控制台7的控制线和供熔焊-碾压设备的电缆线与管线总成接口盒8连接。

●将焊枪移动到复合钢板的熔焊起始位置，调整好焊枪的弧长位置。

●将A₂O₃金属陶瓷颗粒材料装入送料装置6的料斗中，调好送料装置6的送料速度。

5.参数的设定

●通过碾压辊轮机构19，调节好碾压辊轮的压力和角度。

6.操作程序及熔焊

●自动熔焊程序：送水-送气-引弧-机头运行机构按设定动作运行-工作台运行机构按设定轨迹运行-送料装置运行-熔焊。焊完一道后，会自动返回继续熔焊，直到焊完为止。返回时，撒料嘴24(附图2)会自动围绕熔焊枪旋转90°，一直保持在熔焊枪的后面位置。

●自动停机程序：通过程序设置后会自动停机，程序是：工作台运行机构停止运行-送料装置停止运转-电弧熄灭-机头运行机构停止运行-停止送气-停止水冷-结束熔焊。

7.产品的特点：制造后的复合钢表面均匀平整无变形，通过用户实际使用，比原0Cr23Ni13耐热钢板提高使用寿命将近8倍以上。

Claims

1.一种制造硬质点耐磨复合钢板的方法，其特征在于：将基体钢板表面进行熔焊形成熔池，熔池内不允许有渣；将颗粒度大小为2.5μm～0.35μm的硬质点颗粒材料均匀地撒入熔池上面，随后用辊轮在熔池上面碾压，将硬质点材料碾压进熔池中或熔池的表层，形成表面平整的硬质点复合层，该硬质点复合层与所述的基体钢板构成所述的硬质点耐磨复合钢板。

2.根据权利要求1所述的制造硬质点耐磨复合钢板的方法，其特征在于：所述的基体钢板选用Q235材料；特殊用途要求时，选用所要求的材料作为基体板材，但必须是具备焊接性好、不产生焊接裂纹的材料。

3.根据权利要求1所述的制造硬质点耐磨复合钢板的方法，其特征在于：所述的硬质点材料采用金刚石或陶瓷；该硬质点材料颗粒的大小按使用条件选择，颗粒太小容易分解，颗粒太大容易掉块；该硬质点材料的颗粒形状为球形或不规则菱形，不规则菱形成本较低，但冲击磨损时选择球形。

4.根据权利要求1所述的制造硬质点耐磨复合钢板的方法，其特征在于：所述的熔池通过直接熔化基体钢板表层形成，或通过在钢板表面熔焊丝材、带材、粉料、粉块金属材料的方式形成；所述的硬质点复合层的硬度范围HRC70～97。

5.一种用于实施权利要求1～4任何一项制造硬质点耐磨复合钢板的方法的设备，其特征在于：包括配电箱、设备机架、机头运行机构、工作台运行机构、机头装置、送料装置、操作控制台、直线导轨、工作台、钢板夹具、碾压辊轮机构和熔焊设备，所述的设备机架为龙门式结构，在其上面安装有机头运行机构、送料装置、管线总成接口盒、连接管线及其它辅件；在该设备机架的下方的地基上装有直线导轨，在该直线导轨上安装可以沿其直线往复移动的工作台，该工作台由工作台运行机构驱动，在该工作台上装有钢板夹具；机头装置和碾压辊轮机构连接在机头运行机构上并随该机头运行机构的移动轨迹移动；在所述的机头装置的撒料嘴的上端通过柔性送料管与所述的送料装置底端的出料口连接；在所述的设备机架旁边装有相互电连接的操作控制台、熔焊设备和配电箱，该熔焊设备的输出端与机头装置上的熔枪连接。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述的机头装置包括机头架、机头定位杆、熔枪和撒料嘴，机头架是用于装配本机构部件的架体；机头定位杆的上端装配在所述的机头运行机构上，并跟随机头运行机构的移动轨迹运行，机头定位杆能进行上下、左右、前后位置的手动微调，采用齿条方式实现的，并能进行平面90°的自动转动，采用可控微型电机和涡轮蜗杆结构形式实现的；熔枪是根据所选熔焊方法确定熔枪的类型，要求熔枪牢固地安装在所述的机头架的下面；撒料嘴固定在机头架上，撒料嘴的上端通过柔性送料管与所述的送料装置底端的出料口连接，撒料嘴的下端设计为鸭嘴形，根据硬质点颗粒料的大小和送料量，撒料嘴的扁度、宽度可调整；该撒料嘴设定在碾压辊轮机构的碾压辊轮的前上方，电弧的后面。

7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述的碾压辊轮机构由辊轮架和碾压辊轮组成，安装在所述的机头运行机构上，辊轮架是固定碾压辊轮的定位架，能进行辊轮压力和角度的调节，并具有一定的弹性；碾压辊轮采用高温陶瓷材料制作，具有不粘黏液态金属的效果，用于将硬质点颗粒材料碾压入熔池中或牢固地碾压在熔池表层，形成一条平整的复合层。

8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述的送料装置安装在所述设备机架上，包括料斗、筛网、粉料输送装置和所述柔性送料管，料斗是用于装硬质点颗粒材料；筛网是过筛硬质点大颗粒料和大形状异物，避免堵塞送料管道；粉料输送装置是控制硬质点颗粒料流量的多少，通过微型调速电机带动螺旋轴的旋转，将料输送到柔性送料管中，调节螺旋轴的旋转速度控制硬质点颗粒料的输送量大小，停止旋转即能停止送料；料斗内安装筛网，该料斗的下端通过所述的柔性送料管与所述的机头装置的撒料嘴的上端连接。

9.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述的钢板夹具用于夹紧并固定复合钢板，防止在熔焊过程中钢板产生变形，该钢板夹具可根据所制造的复合钢板尺寸大小，在工作台上随意移动位置进行固定复合钢板，该钢板夹具由压板和螺栓组成，压板上有通孔，在所述的工作台的上面分布着许多与所述的通孔对应的螺孔，螺栓穿过压板的通孔固定在工作台上。

10.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：在采用需要气体的熔焊方法时，需要配备熔焊用气体供应装置，该熔焊用气体供应装置包括气瓶、减压器、气压表、流量计、输气管道及气阀，与所述的熔焊设备用气口连接，为熔焊设备提供所需要的气体；在采用需要冷却的熔焊方法时，需要配备循环冷却水装置，该循环冷却水装置包括水箱、水泵及水阀，用于冷却熔焊枪体。