CN102198555A - 制造氧气瓶用模杆的堆焊复合制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造氧气瓶用模杆的堆焊复合制造方法，包括：(1)堆焊前，对旧模杆进行检测，确保无缺陷；(2)施焊前，进行预热；配用焊剂进行烘焙，堆焊母材选用调制锻钢或合金钢；(3)堆焊时，分两部分进行：i.堆焊杆身时，盖面层的单边堆焊厚度控制在2.0mm～3.4mm，盖面层至少为两层，堆焊层距端头留有适当的距离；ii.堆焊端头的内孔及小圆弧可采用气体保护焊或埋弧堆焊；(4)消除应力回火；(5)机加工和半成品检测。采用本发明方法堆焊复合制造的模杆上机冲制氧气瓶数量一般为1000～1500根，不仅大大节约了锻件成本，而且使用寿命得到提高，具有优良的性价比。

Description

制造氧气瓶用模杆的堆焊复合制造方法

技术领域

本发明涉及一种制造氧气瓶用模杆的堆焊复合制造方法。

背景技术

制造氧气瓶用的主要冲断工具为模杆，其材料通常为锻造50CrMnMo和H13等合金热作模具钢。模杆在使用过程中，模杆表面特别是模杆端头与高温炽热的氧气瓶毛坯接触，每一循环持续十秒钟以上，模杆特别是模杆端头表面迅速受热升温到400℃～700℃，而内层尚处于较低的温度，表层受热膨胀，同时又受内层的约束，因而产生压应力，且承受上百吨(约350吨)的冲压力，从而与氧化瓶毛坯产生高温高压高速旋转磨损，磨损形式严重。当模杆脱模时，又向模杆表面喷洒冷却液和润滑剂，使表层温度下降到150℃～200℃而产生收缩，当表面又受到内层的限制时，产生拉应力，在拉压应力的交变作用下，引起疲劳失效。所以模杆的失效形式主要有高温高压高速旋转磨损失效、疲劳失效、冷热疲劳失效等，从而在模杆表面及亚表面处产生众多的划痕和裂纹，当某一在线模杆的划痕和裂纹(尤其是环向裂纹)较严重时，为了确保钢瓶内壁的质量，必须立即更换该模具。

近几年，国内外许多企业均采用堆焊的方式修复废旧的热轧辊等中高碳钢零部件，其优势在于：一方面，整体制造热轧辊等零部件不仅费用昂贵，而且贵重合金的优势不能完全发挥出来，若采用堆焊工艺制造成双金属零部件，即零部件的基体和堆焊表层采用不同性能的材料，不仅可发挥零部件的综合技术性能和材料的上作潜力，还能节省大量的贵重合金；另一方面，整体制造热轧辊等零部件的生产时间长，采用堆焊的方式可大量缩短生产时间，从而大幅提高劳动生产率。

发明内容

氧气瓶模杆失效的主要部位为模杆辊身和模杆前端半圆弧面，所以堆焊制造或再制造的重点就是堆焊模杆辊身表面及前端半圆弧面。模杆在工作过程中受高温、高压及水冷等交互作用，所以选用的堆焊材料具备下列性能：(1)高温下能保持高的强度和良好的冲击韧性；(2)优良的耐磨性和一定的硬度；(3)优良的耐热疲劳性能；(4)高的渗透性和整体综合性能。

本发明利用堆焊技术在热轧辊应用的基础上提出了在尚未完全报废的氧气瓶模杆或者可焊性好的锻件表面，通过堆焊耐磨金属，恢复或制造新的氧气瓶用模杆，特别是恢复氧气瓶模杆端头的外形和尺寸，并通过控制堆焊材质、堆焊工艺，及对堆焊模杆进行改善组织和性能的热处理，有效改善模具型腔表面或亚表面的性能，即不需要对模具整体进行处理，就可以很好的提高模具使用寿命，大大降低锻件制造成本，从而实现节能减排的目标。

本发明的技术方案为：

一种制造氧气瓶用模杆的堆焊复合制造方法，包括如下步骤：

(1)堆焊前，对旧的模杆进行探伤、车削疲劳层、焊补局部缺陷以及保证堆焊工作层车削的准备工作，确保模杆内部和表面均无缺陷；

(2)施焊前，对模杆进行预热；配用焊剂并进行烘焙，以去除水分；堆焊母材选用调制锻钢或合金钢；

(3)堆焊时，分两部分进行，即堆焊杆身和端头：

i.堆焊杆身

施焊时，采用符合要求的堆焊材料堆焊盖面层(工作层)，盖面层至少为两层，堆焊杆身时，堆焊层距端头B留有适当的距离；

ii.堆焊端头

堆焊端头B的内孔及小圆弧可采用气体保护焊或埋弧堆焊；所述的气体保护焊，为将堆焊材料设计成细直径的气保护焊丝，采用手工堆焊，堆焊过程中注意清渣；所述的埋弧堆焊，为将堆焊机头提高，调整堆焊送丝机头的位置便于堆焊模杆，堆焊盖面层，盖面层至少为两层，先堆焊端头B内孔，向外堆焊适当的尺寸，逐渐向上堆焊，即堆焊完一层后，再堆焊第二层，采用平面堆焊，直到堆焊表面与辊身堆焊处相接；

(4)焊后消除应力回火要求

模杆堆焊完毕后，缓冷到室温；然后在电炉中对模杆进行回火处理，升温过程中，升温速度不超过40℃/h；在560℃～650℃下充分回火，后随炉冷却，待模杆逐渐冷却至50℃以后，再出炉，然后在静止空气中自然冷却至室温；

(5)焊后机加工和半成品检测

对经过消应力回火处理后的堆焊模杆进行粗加工，然后进行半成品检验，合格后，再进行磨削精加工。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤(2)中，所述预热的温度及层间温度视母材和堆焊材料而定，一般预热温度及层间温度为高于150℃，所述的烘焙为在350℃保温1小时，所述的调制锻钢或合金钢为30#，35#或45#等。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤(3)i中，堆焊杆身时，盖面层的单边堆焊厚度控制在2.0mm～3.4mm左右。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤(3)i中，堆焊杆身时，在堆焊母材可焊性能稍差时，先采用与母材匹配的低合金药芯焊丝打底，杆身打底层的单边堆焊厚度控制在1.2mm～2.2mm。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤(3)i中，堆焊杆身时，堆焊层距端头B的距离为50mm或其它相应尺寸。

一种优选的技术方案，其特征在于：为保证高性价比，所述堆焊杆身的单边总厚度一般不超过10mm，优选为6-10mm。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤(3)ii中，所述的埋弧堆焊，视母材堆焊难易程度先采用与母材匹配的低合金药芯焊丝堆焊打底，再堆焊盖面层。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤(3)ii中，所述的向外堆焊的尺寸为约38mm或其它合适的尺寸。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤(4)中，所述的回火时间是4～10小时。

本发明的优点：

采用本发明堆焊复合制造的模杆上机冲制氧气瓶数量一般为1000～1500根，而锻钢H13冲制量一般在600～1000根；采用堆焊修复后的模杆可重复利用，因此采用堆焊复合制造的模杆，不仅大大节约了锻件成本，而且使用寿命得到提高，具有优良的性价比。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1为制造氧气瓶用模杆的形貌示意图。

图2为堆焊模杆杆身的示意图。

图3为堆焊模杆端头的示意图。

具体实施方式

模杆的堆焊复合制造过程：

1、堆焊复合制造新辊，母材一般选用具有一定强度且可焊性好的调制锻(合金)钢，如30#，35#，45#等；而堆焊复合再制造旧模杆(旧辊)，堆焊前，旧模杆(模杆旧辊坯)需进行探伤、车削疲劳层、焊补局部缺陷以及保证堆焊工作层车削的准备工作，确保辊坯内部和表面均无缺陷。如果探伤出旧辊辊坯(包括辊颈和辊面)有严重内伤，则不允许再进行该辊坯的堆焊修复工作。为保证高性价比，堆焊复合制造杆身(辊面)的单边厚度一般不超过10mm。

如图1所示，为制造氧气瓶用模杆的形貌图，模杆可以有各种直径，其中1为模杆端头，2为模杆弧部，3为模杆杆身。

2、模杆(辊坯)预热前，要在辊身的一端装上挡环。挡环为焊接式(一次性)，用薄钢板(材质可为A3钢等，厚度＞6mm)制成，并环向对接点焊在辊身两端。挡环的作用是托住焊剂，防止在堆焊时发生熔渣流淌，从而保证在辊身两端得到良好的堆焊层形状。

3、施焊前，需对辊坯进行预热，预热温度及层间温度视母材和堆焊材料而定，一般要求预热温度及层间温度高于150℃。实际施焊时，可用接触式测温仪在辊面中心以及辊坯两端面进行测温来加以确定。配用焊剂按其要求进行烘焙(350℃保温1小时)，以去除水分。

4、堆焊时，可分两部分进行，即堆焊辊身和端头。

(1)堆焊辊身

施焊时，堆焊母材可焊性能稍差时，可采用与母材匹配的低合金药芯焊丝打底，单边堆焊厚度控制在1.2mm～2.2mm；之后采用符合上述要求的堆焊材料堆焊工作层，单边堆焊厚度控制在2.0mm～3.4mm左右，盖面材料至少堆焊两层。堆焊杆身(辊身)时，堆焊尺寸距端头B要有一定的距离，如图2所示，B为模杆的端头，A为模杆的另一端，11为杆身打底层，12为杆身盖面层。

(2)堆焊端头

堆焊B端内孔及小圆弧的堆焊方法，可采用两种方式进行：

1)采用气体保护焊

将堆焊材料设计成细直径的气保护焊丝，采用手工堆焊，堆焊过程中注意清渣，此方法堆焊速度较快，但劳动强度较高。

2)采用埋弧堆焊

堆焊B端内孔及小圆弧的堆焊方法：将堆焊机头提高，调整堆焊送丝机头的位置便于堆焊模杆。视母材堆焊难易程度可堆焊打底丝，堆焊盖面丝先堆焊B端内孔，向外堆焊约38mm或合适的尺寸，逐渐向上堆焊，即堆焊完一层后，再堆焊第二层，采用平面堆焊，直到堆焊表面与辊身堆焊处相接。如图3所示，B为模杆的端头，21为端头打底层，22为端头盖面层。

5、焊后消除应力回火要求

模杆堆焊完毕后，缓冷到室温。在电炉中对模杆进行回火处理时，升温过程中，为保证温度均匀，升温速度要放缓，不超过40℃/h；降温过程中，为防止产生新的应力，也应缓慢冷却。为充分发挥材料的性能，选择560℃～650℃充分回火，以产生充分的弥散强化效应。后随炉冷却，待模杆逐渐冷却至50℃以后，才可以出炉，并要求在静止空气中自然冷却至室温。

6、焊后机加工和半成品检测

对经过消应力回火处理后的堆焊模杆进行粗加工，然后进行半成品检验(包括：渗透探伤、硬度检测、几何形状及粗加工尺寸检验等)。合格后，再进行磨削精加工。

7、堆焊复合制造氧气瓶模杆的关键：

(1)模杆堆焊时要控制好层温。

(2)焊剂需要烘干后方可应用。

(3)模杆堆焊时表面产生的缺陷一定及时清理，特别是端头的缺陷。

(4)模杆堆焊时起弧、收弧处采用目测的方式进行自检，发现缺陷马上打磨。

(5)堆焊后出现缺陷要及时采用合适的工艺进行修复。

(6)堆焊过程中所需检测及焊后硬度检验参见堆焊工艺指导书。

(7)回火工艺严格控制。

采用本发明方法堆焊复合制造的模杆上机冲制氧气瓶数量一般为1000～1500根，而锻钢H13冲制量一般在600～1000根；采用堆焊修复后的模杆可重复利用，因此采用堆焊复合制造的模杆，不仅大大节约了锻件成本，而且使用寿命得到提高，具有优良的性价比。

Claims (9)

1.一种制造氧气瓶用模杆的堆焊复合制造方法，包括如下步骤：

(1)堆焊前，对模杆进行探伤、车削疲劳层、焊补局部缺陷以及保证堆焊工作层车削的准备工作，确保模杆内部和表面均无缺陷；

(2)施焊前，对模杆进行预热；配用焊剂并进行烘焙，以去除水分；堆焊母材选用调制锻钢或合金钢；

(3)堆焊时，分两部分进行，即堆焊杆身和端头：

i.堆焊杆身

施焊时，采用符合要求的堆焊材料堆焊盖面层，盖面层至少为两层，堆焊杆身时，堆焊层距端头留有适当的距离；

ii.堆焊端头

堆焊端头的内孔及小圆弧可采用气体保护焊或埋弧堆焊；所述的气体保护焊，为将堆焊材料设计成细直径的气保护焊丝，采用手工堆焊；所述的埋弧堆焊，为将堆焊机头提高，调整堆焊送丝机头的位置便于堆焊模杆，堆焊盖面层，盖面层至少为两层，先堆焊端头内孔，向外堆焊，逐渐向上堆焊，即堆焊完一层后，再堆焊第二层，采用平面堆焊，直到堆焊表面与辊身堆焊处相接；

(4)焊后消除应力回火要求

模杆堆焊完毕后，缓冷到室温；然后在电炉中对模杆进行回火处理，升温过程中，升温速度不超过40℃/h；在560℃～650℃下回火，后随炉冷却，待模杆逐渐冷却至50℃以后，再出炉，然后在静止空气中自然冷却至室温；

(5)焊后机加工和半成品检测

对经过消应力回火处理后的堆焊模杆进行粗加工，然后进行半成品检验，合格后，再进行磨削精加工。

2.根据权利要求1所述的制造氧气瓶用模杆的堆焊复合制造方法，其特征在于：步骤(2)中，所述预热的温度及层间温度为高于150℃，所述的烘焙为在350℃保温1小时，所述的调制锻钢或合金钢为30#，35#或45#。

3.根据权利要求1所述的制造氧气瓶用模杆的堆焊复合制造方法，其特征在于：步骤(3)i中，堆焊杆身时，盖面层的单边堆焊厚度控制在2.0mm～3.4mm。

4.根据权利要求1所述的制造氧气瓶用模杆的堆焊复合制造方法，其特征在于：步骤(3)i中，堆焊杆身时，先采用与母材匹配的低合金药芯焊丝打底，打底层的单边堆焊厚度控制在1.2mm～2.2mm。

5.根据权利要求1所述的制造氧气瓶用模杆的堆焊复合制造方法，其特征在于：步骤(3)i中，堆焊杆身时，堆焊层距端头的距离为50mm。

6.根据权利要求1所述的制造氧气瓶用模杆的堆焊复合制造方法，其特征在于：所述堆焊杆身的单边总厚度为6-10mm。

7.根据权利要求1所述的制造氧气瓶用模杆的堆焊复合制造方法，其特征在于：步骤(3)ii中，所述的埋弧堆焊中，先采用与母材匹配的低合金药芯焊丝堆焊打底，再堆焊盖面层。

8.根据权利要求1所述的制造氧气瓶用模杆的堆焊复合制造方法，其特征在于：步骤(3)ii中，所述的向外堆焊的尺寸为38mm。

9.根据权利要求1所述的制造氧气瓶用模杆的堆焊复合制造方法，其特征在于：步骤(4)中，所述的回火时间是4～10小时。

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