CN1030970C

CN1030970C - 金属表面大面积堆焊方法

Info

Publication number: CN1030970C
Application number: CN 93105887
Authority: CN
Inventors: 张晓牧
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2013-05-31
Also published as: CN1093960A

Abstract

本发明提供了一种金属表面大面积的堆焊方法。其主要特征是将需要过渡的粉末与粘结剂混合，压制成具有一定厚度和宽度的柔性粉末带。焊接时，以粉末带作为硬化材料过渡的形式，以熔化极气体保护自动焊电弧为热源，电极自身熔化，并与熔化的粉末带和熔化的基体金属表面层共同形成堆焊金属层。焊枪与送带辊轮同向同速移动，且两者保持一定距离，焊枪横向摆动。该堆焊方法的堆焊金属层成分均匀，应用范围广。

Description

金属表面大面积堆焊方法

本发明属于用于非接合目的的电弧焊接方法。主要适用于大面积堆焊。

众所周知，在表面磨损比较严重的工况条件下，为了延长零部件的使用寿命，常在金属表面堆焊一层耐磨合金，提高表面耐磨性能。在堆焊层中往往含有一定量的硬化合金。

在现有的几种电弧堆焊方法中，各具有不同的特点：

气体保护(或渣保护)粉芯焊带或管状焊丝自动堆焊方法，其堆焊效率高，工艺过程稳定，成分均匀，是较理想的堆焊方法，但由于受到焊带、焊丝本身装填系数的限制(一般＜35％)，堆焊层的合金含量也受到限制，不会太高；另外，粉芯焊带和管状焊丝的成本较高，影响大面积的推广应用。

申请号为CN88105750.9的中国专利申请提供了一种埋弧自动焊覆层焊剂及装置。它是将粉末和焊丝分别独立送入熔池，熔化后形成堆焊层整体。其成本大幅度下降，但仍需消耗大量焊剂，而且在实际堆焊过程中，时有因电弧不能将焊剂下的粉末完全熔化，同时因埋弧焊采用下降特性电源配以弧压反馈变速送丝进行电弧调节的方式，造成堆焊成分不准确、不均匀，以及焊剂中混入了金属粉而造成回收再利用的困难；另外，由于送粉咀与燃弧点有一定距离，在启弧、收弧处仍有部分粉末不能完全利用，造成浪费。

在现有的堆焊方法中，也有的将合金粉末与粘结剂混合压制成块，堆焊前将粉块摆放在金属表面上，以热源熔化形成堆焊层。使用的热源可以是碳极电弧、手工焊条电弧以及非熔化极气体保护焊电弧等明弧。这些方法的优点是：焊材成本低，无需熔化焊剂，能量利用合理，焊接过程可视性好。其缺点主要表现在三方面：(1)堆焊效率低，碳极电弧和非熔化极气体保护焊电弧在堆焊过程中只是作为单纯的热源，而不增加堆焊金属的熔化量，故堆焊效率低。(2)需要手工摆放，且无法摆放在自转的回转体表面上，因此影响了操作的机械化程度和在多种堆焊表面上的应用。(3)由于粉块摆放位置、间隔无法准确一致，影响堆焊层成分均匀性。

本发明的目的在于提供一种堆焊效率高、堆焊层成分准确、均匀的金属表面大面积堆焊方法。

针对上述目的，本发明的主要技术方案是以自动送进的粉末带作为硬化材料过渡的形式，以熔化极气体保护焊电弧作为热源，电极自身熔化，并与熔化的粉末带和熔化的基体金属表面层共同形成堆焊金属层。保护气体包括Ar、CO₂以及Ar与O₂或CO₂的混合气体。

首先以金属粉末为原料，根据需要过渡的合金成分范围，对上述粉末进行配料，将配好料并混合均匀后的粉末与适当的粘结剂再混合，混合后压制成具有一定厚度、宽度的柔性粉末带，粉末带的厚度≥2.0mm，宽度≥15mm。焊接小车驱动轮与送进机构的送带辊轮同步，前面是送带辊轮将粉末带铺设在待焊的基体表面，后面是焊枪的同步移动，即粉末带的铺设过程与焊枪的纵向行进过程是同步的，也就是说，焊枪与送带辊轮是同向同速移动，且两者之间始终保持一定的距离，使焊前的粉末带一直保持平稳地附在基体表面。焊接时，以熔化极气体保护自动焊电弧为热源。焊枪除了跟随送带辊轮作纵向同步运动外，还横向摆动，即焊丝端部按一定摆幅和摆动频率运动。电弧在焊丝端部和金属表面之间点燃，摆动的电弧将铺设好的粉末带完全熔化，随着小车的行走，就形成了一条一定宽度和厚度的堆焊焊道。如果将后续焊道与前一条焊道部分重叠搭接，便形成了一个堆焊表面。

本发明所采用的堆焊工艺参数如下：

电流：310～500A

电压：35V

焊接速度：130～300mm/min

保护气体流量：7～9l/min

焊枪横向摆动频率：20～50次/min

干伸长度：20～25mm

送带速度：130～300mm/min

本发明中粉末带可采用手工铺设。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)堆焊金属成分均匀。现有技术中此类由粉末、焊丝分别加入熔池，并与熔化的母材混合后形成堆焊层的工艺方法，突出弱点是三种熔化成分的任一种熔化量发生变化时，都会影响堆焊成分的均匀性。而本发明的特点是最大程度地减少了这一因素造成的成分不均匀性。因为采用的是熔化极气体保护焊，电弧调节是靠电源平特性配等速送丝来实现的焊丝等速熔化，而不象埋弧焊那样是弧压反馈，变速送丝调节。另外，本发明的柔性粉末带也是由送进机构等速连续送进的，又由于粉末带宽、厚均匀，故合金粉末过渡速度是均匀的，这就保证了这两种材料的熔化速度是均匀的、恒定的，促使堆焊金属成分均匀。

2、本发明是以柔性粉末带自动连续送进的方式向熔池过渡合金的，这种方法既提高了操作的自动化程度，又可以在一些规则的回旋体表面进行堆焊，扩大了应用范围。

3、本发明既采用了熔化极气体保护焊，又采用粉末带作为合金过渡的形式，故能耗低。

现结合附图和实施例对发明作进一步说明：

附图说明

附图为本发明金属表面大面积堆焊方法的工艺装置示意图。

图中，1为焊接电源，2为堆焊小车行走方向(纵向)，3为堆焊层，4为熔池，5为焊枪，6为柔性粉末带，7为送带辊轮，8为保护气体管道，9为焊枪摆动方向(横向)，10为送焊丝滚轮，11为焊丝，12为堆焊基体(母材)。

焊枪喷咀5和送带辊轮7的纵向运动速度相同，且两者始终保持一定距离；焊枪摆动宽度(摆幅)与粉末带宽一致。

实施例

采用本发明所述的方法进行了三次堆焊试验。堆焊基体(母材)为厚度20mm的普碳钢钢板，粉末带的成分为(重量％)：C6％，Cr50％，Mn2％，Si3％，Ni2％，W2％，Mo5％，余为Fe。

焊丝为H08Mn2SiA/φ1.6mm的镀铜焊丝，以CO₂为保护气体。

电焊机采用NZC—500—1型熔化极自动CO₂气体保护电弧焊机。

所采用的堆焊工艺参数如表1所示。堆焊效果如表2所示。

表1实施例堆焊工艺参数

编号	电流A	电压V	堆焊速度mm/min	CO₂流量l/min	粉末带		焊枪摆动频率次/min	送带速度mm/min	干伸长度mm
					粉末带					宽mm	厚mm
					1	310				宽mm	厚mm	32	250	8	17	2.5	48	250	20
2	350	32	200	8	1	310	34	2.5	42	200	20	32	250	8	17	2.5	48	250	20
2	350	32	200	8	3	410	34	2.5	42	200	20	35	160	8	34	5.0	40	160	23

表2 实施例堆焊效果

编号	单道堆焊层		表面成形性	浸润性
	单道堆焊层				宽mm	厚mm
	1	21			宽mm	厚mm	3.0	波纹均匀细小，表面平坦	良好
2	1	21	36	3.0	"	"	3.0	波纹均匀细小，表面平坦	良好
2	3	37	36	3.0	"	"	4.5	"	"

Claims

1、一种金属表面大面积堆焊方法，以气体保护焊接电弧为热源；以外添粉末和粘结剂的混合物为硬化材料过渡形式；堆焊工艺参数中，电流310～500A，电压35V，保持气体流量7～9L/min，干伸长度20～25mm，其特征是：

A、将配好料并混合均匀后的粉末与适当的粘结剂再混合，混合后压制成具有一定厚度、宽度的柔性粉末带；

B、利用送带辊轮将粉末带铺设在待焊的基体表面；

C、焊枪与送带辊轮是同向同速移动，且两者之间始终保持一定的距离；

D、焊枪除了跟随送带辊轮作纵向同步运动外，焊丝端部还按一定摆幅和摆动频率作横向摆动；

E、堆焊工艺中，焊接速度和送带速度均为130～300mm/min；

F、以熔化极气体保护自动焊电弧为热源。

2、根据权利要求1所述的堆焊方法，其特征是粉末带的厚度≥2.0mm，宽度≥15mm。

3、根据权利要求1所述的堆焊方法，其特征是焊枪横向摆动频率为20～50次/min。