CN103433601A - 一种用于竖直方向堆焊的低稀释率射流堆焊方法 - Google Patents

Abstract

一种用于竖直方向堆焊的低稀释率射流堆焊方法，包括下列步骤：对待堆焊表面前处理。熔化极气体保护焊机负极和水冷阴极电连接。正极和焊丝电连接。调整熔化极气体保护焊机的焊接电流，使其处于熔化极焊接射流过渡焊接电流区间。启动堆焊枪，焊丝和水冷阴极之间建立电弧。焊丝熔化，熔滴在电磁力和重力的共同作用下，以射流过渡方式喷射到工件表面，靠熔滴自身热量和电弧的辐射加热使工件粗糙表面发生微量熔化，形成冶金结合。堆焊枪竖直方向移动，形成竖直的单条堆焊道，然后在未堆焊部位继续堆焊，直至形成完整堆焊面。本发明工件在堆焊过程中不作为产生电弧的一极，熔化量极小，从而可以极大地降低堆焊金属稀释率，保证堆焊金属的成分和性能。

Description

一种用于竖直方向堆焊的低稀释率射流堆焊方法

    技术领域

本发明属于焊接方法领域，特别涉及一种用于竖直方向堆焊的低稀释率射流堆焊方法，本方法在竖直方向平面上进行堆焊，并会获得低稀释率堆焊层。

背景技术

采用电弧堆焊技术可以获得和基体呈冶金结合的、材料成分和性能完全不同于基体的堆焊层，从而在保持基体特性的条件下，使构件获得优异的耐腐蚀、耐磨等特殊性能。堆焊层能否获得预期的性能，除了和所选堆焊材料成分有关外，还受到堆焊金属稀释率的严重影响。当堆焊金属稀释率较高时，大量混入的基体成分使堆焊层金属成分远远偏离预定成分，从而造成堆焊层性能的严重劣化。使用广泛的手工电弧堆焊方法，其堆焊金属稀释率高达30%，通常需要堆焊2-3层才能获得预定的堆焊成分。脉冲MIG焊方法比常规的MIG焊方法对基体的热输入更低，用于堆焊过程可以获得更低的稀释率，但通常也在15%-20%左右。而很多堆焊应用场合要求堆焊金属稀释率控制在10%以内，例如为提高锅炉水冷壁的耐冲蚀磨损和耐腐蚀性能，在其表面堆焊Inconel 625合金，当堆焊金属稀释率超过10%以后，堆焊层冲蚀-腐蚀速率成倍增加。间接电弧焊、等离子粉末堆焊方法可以将堆焊金属稀释率控制在10%以内，但却只能进行水平位置堆焊。对象锅炉水冷壁堆焊这样的情况，采用现有堆焊方法，难以实现低稀释率堆焊。

发明内容

本发明的目的是为了解决在处于竖直位置的待堆焊面上堆焊，采用现有堆焊方法，堆焊金属稀释率过高的问题，提供一种进行竖直位置堆焊的低稀释射流堆焊方法。本堆焊方法得到的堆焊层稀释率低，可以充分保证堆焊金属的成分和性能。

一种用于竖直方向堆焊的低稀释率射流堆焊方法，包括下列步骤：

第一步、对工件的待堆焊表面进行前处理。前处理过程为对工件的待堆焊表面进行喷砂净化和粗化处理。并且可以根据需要在对工件的待堆焊表面进行喷砂净化和粗化处理之前，对工件的待堆焊表面进行除油处理。

第二步、将堆焊枪装设在焊接操作机的夹持定位件上。

第三步、熔化极气体保护焊机的负极和水冷阴极之间通过水冷阴极夹电连接。熔化极气体保护焊机的正极和焊丝电连接。调整熔化极气体保护焊机的焊接电流，使其处于熔化极焊接射流过渡焊接电流区间。

第四步、将堆焊枪对正待堆焊部位，启动堆焊枪，在焊丝和水冷阴极之间建立电弧。焊丝熔化，熔滴在电磁力和重力的共同作用下，以射流过渡方式喷射到工件表面，靠熔滴自身热量和电弧的辐射加热使工件粗糙表面发生微量熔化，形成冶金结合。

第五步、堆焊枪随焊接操作机的自动行走机构移动，形成竖直的单条堆焊道，然后关闭堆焊枪。

第六步，在未堆焊部位重复第四步至第五步，直至形成完整堆焊面。

上述第二步中所述的夹持定位件可为焊枪夹，或者焊枪夹和仿形胎具。

所述的熔化极气体保护焊机和焊接操作机均为已知技术，故不重复叙述。

其优点在于：

本发明通过焊丝和水冷阴极之间建立电弧熔化焊丝，利用射流过渡电磁力和重力的联合作用使熔化的液态金属喷射到经过除油、喷砂净化和粗化的工件表面，或者根据需要使熔化的液态金属喷射到仅经过喷砂净化和粗化的工件表面，依靠熔滴自身热量和电弧的辐射加热使工件基体产生微熔化并和堆焊金属产生冶金结合。工件在堆焊过程中不作为产生电弧的一极，熔化量极小，从而可以极大地降低堆焊金属稀释率，保证堆焊金属的成分和性能。堆焊过程中，熔滴以射流方式过渡，具有较高的飞行速度，可以实现竖直面堆焊。

附图说明

图1是实现本方法的装置结构示意图。

图2是实现锅炉水冷壁低稀释率射流堆焊Inconel 625合金的装置示意图。

具体实施方式

实施例1

     一种用于竖直方向堆焊的低稀释率射流堆焊方法的装置，包括熔化极气体保护焊机1、焊丝2、焊丝盘3、送丝机4、堆焊枪5、水冷阴极8、冷却水系统9、水冷阴极夹10、绝缘套11和固定支架12。

焊丝2盘绕在焊丝盘3上，焊丝2穿过送丝机4后，焊丝2的一端穿出堆焊枪5，送丝机4由熔化极气体保护焊机1供电，此为已知技术，故不重复叙述。

熔化极气体保护焊机1的负极和水冷阴极夹10电连接，水冷阴极夹10内紧固连接有水冷阴极8。水冷阴极夹10外侧固定设置有绝缘套11。绝缘套11可为橡胶制成。此水冷阴极夹10为已知技术，故不重复叙述。

熔化极气体保护焊机1的正极与堆焊枪5内的导电嘴6电连接，导电嘴6和焊丝2电连接。

堆焊枪5壳体上固定有固定支架12，绝缘套11固定在固定支架12上。

水冷阴极夹10内有循环水通道，冷却水系统9的第一水管17和循环水通道入口固定联接，冷却水系统9的第二水管18和循环水通道出口固定联接，冷却水系统9为已知技术，故不重复叙述。

本装置还包括氩气保护气系统，此为已知技术，故不重复叙述。

本实施方式是在钢工件的竖直方向表面进行耐腐蚀不锈钢堆焊的实施例。参见图1。

一种用于竖直方向堆焊的低稀释率射流堆焊方法，包括下列步骤：

第一步、前处理。当工件14为钢工件时，对工件14的待堆焊表面进行除油处理，此为已知技术，故不重复叙述。

对工件14经过除油处理的待堆焊表面进行喷砂净化和粗化处理，此为已知技术，故不重复叙述。

第二步、将堆焊枪5固定在焊接操作机的焊枪夹上。

第三步、熔化极气体保护焊机1的负极与水冷阴极夹10电连接，水冷阴极夹10和水冷阴极8紧固连接。水冷阴极8的材质为铈钨合金，直径为4mm。水冷阴极夹10可采用铜制成。

熔化极气体保护焊机1的正极和导电嘴6电连接，导电嘴6和焊丝2电连接。调整熔化极气体保护焊机1的焊接电流达到直流280A，焊接电压28V，焊丝2为直径1.2mm的不锈钢焊丝。

第四步、将堆焊枪5对正工件14的待堆焊部位，启动堆焊枪5，送丝机4将焊丝盘3中的焊丝2向前送进，在焊丝2和水冷阴极8之间建立电弧7。焊丝2端部熔化，形成的熔滴13在电磁力和重力的共同作用下，以射流过渡方式喷射到竖直放置的工件14表面，靠熔滴13自身热量和电弧7的辐射加热使工件14的粗糙表面发生微量熔化，和不锈钢堆焊层形成冶金结合。保护气体为氩气。

第五步、堆焊枪5随焊接操作机的自动行走机构移动，形成竖直的单条堆焊道，然后关闭堆焊枪5。

第六步、在未堆焊部位重复第四步至第五步，直至形成完整堆焊面，在工件14待堆焊表面形成堆焊层15。

本实施方式的方法应用于竖直平面堆焊领域。在待堆焊工件由于无法翻转而使待堆焊位置处于立焊位置时，特别是需要进行现场竖直方向堆焊时，采用本实施方式所述的方法进行堆焊，可以获得极低的堆焊金属稀释率，保证堆焊层的化学成分和性能。测试结果表明，采用本实施方式进行的单层堆焊，堆焊层厚度2mm，堆焊层金属稀释率为7%。本实施例中的堆焊枪5为自动堆焊枪。

实施例2

本实施方式是锅炉水冷壁堆焊Inconel 625合金的实施例。使用的焊接装置为实施例1中的装置。

第一步、前处理，对待堆焊的工件14的表面进行喷砂净化和粗化处理。工件14为锅炉水冷壁。

第二步、将堆焊枪5固定在焊接操作机的焊枪夹上，堆焊枪5同时还和仿形胎具16对应装配。仿形胎具16的轨道形状保证堆焊枪5可以按照锅炉水冷壁的外形移动位置进行堆焊。

第三步、熔化极气体保护焊机1的负极和水冷阴极夹10电连接，水冷阴极夹10和水冷阴极8紧固连接。水冷阴极8的材质为铈钨合金，直径为4mm。水冷阴极夹10为铜制成。

熔化极气体保护焊机1的正极和导电嘴6电连接，导电嘴6和焊丝2电连接。调整熔化极气体保护焊机1的焊接电流达到直流250A。焊接电压26V，焊丝2的直径为1.2mm的Inconel 625合金焊丝。

第四步，将堆焊枪5对正工件14的待堆焊部位，启动堆焊枪5，送丝机4将焊丝盘3中的焊丝2向前送进，在焊丝2和水冷阴极8之间建立电弧7。焊丝2端部熔化，形成的熔滴13在电磁力和重力的共同作用下，以射流过渡方式喷射到工件14的待堆焊表面，靠熔滴13自身的热量和电弧的辐射加热使工件14的粗糙表面发生微熔化，和堆焊金属形成冶金结合。保护气体为氩气。

第五步，堆焊枪5和仿形胎具16随焊接操作机上的自动行走机构移动，形成竖直的单条堆焊道。然后关闭堆焊枪5。

第六步，将堆焊枪5在仿形胎具16上移动到相邻的未堆焊部位。在未堆焊部位重复第四步至第五步，直至一个鳍片管单元(一根水冷壁管和一片连接鳍片)堆焊完成。

第七步，重复第四步至第六步，直到整个锅炉水冷壁待堆焊部位堆焊完成，在锅炉水冷壁表面形成堆焊层15。测试结果表明，采用本实施方式进行的单层堆焊，堆焊层厚度1.8mm，堆焊层金属稀释率为5%。本实施例中的堆焊枪5为自动堆焊枪5。

Claims (3)

1.一种用于竖直方向堆焊的低稀释率射流堆焊方法，其特征在于包括下列步骤：

第一步、对工件(14)的待堆焊表面进行前处理；

第二步、将堆焊枪(5)装设在焊接操作机的夹持定位件上；

第三步、熔化极气体保护焊机(1)的负极和水冷阴极(8)之间通过水冷阴极夹(10)电连接；熔化极气体保护焊机(1)的正极和焊丝(2)电连接；调整熔化极气体保护焊机(1)的焊接电流，使其处于熔化极焊接射流过渡焊接电流区间；

第四步、将堆焊枪(5)对正待堆焊部位，启动堆焊枪(5)，在焊丝(2)和水冷阴极(8)之间建立电弧(7)；焊丝(2)熔化，熔滴(13)在电磁力和重力的共同作用下，以射流过渡方式喷射到工件(14)表面，靠熔滴(13)自身热量和电弧(7)的辐射加热使工件(14)粗糙表面发生微量熔化，形成冶金结合；

第五步、堆焊枪(5)随焊接操作机的自动行走机构移动，形成竖直的单条堆焊道，然后关闭堆焊枪(5)；

第六步，在未堆焊部位重复第四步至第五步，直至形成完整堆焊面。

2.根据权利要求1所述的一种用于竖直方向堆焊的低稀释率射流堆焊方法，其特征在于下列步骤：所述的第一步中的前处理过程为对工件(14)的待堆焊表面进行喷砂净化和粗化处理。

3.根据权利要求2所述的一种用于竖直方向堆焊的低稀释率射流堆焊方法，其特征在于下列步骤：在所述对工件(14)的待堆焊表面进行喷砂净化和粗化处理之前，对工件(14)的待堆焊表面进行除油处理。

Images