CN104308327A - 一种防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法，目的在于：提高活塞类零件的堆焊质量，降低返修次数，提高零件一次交验合格率，降低生产成本，所采用的技术方案为，包括以下步骤：1)粗车活塞零件外形，得到呈圆柱形凸台结构的零件，在零件的大端弧面上开设环形凹槽，环形凹槽的截面呈倒等腰梯形；2)环形凹槽中堆焊镍基高温合金辅助层，采用交叉对称施焊，沿着环形凹槽的轴向横向焊接，按顺序依次直到将零件的整个环形凹槽焊完对辅助层进行加工；3)辅助层上堆焊铝青铜层，采用交叉对称施焊；4)对堆焊完成的活塞零件依次进行去应力处理和精加工，即得到成品的活塞，完成防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法。

Description

一种防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法
技术领域
本发明属于机械制造领域，具体涉及一种防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法。
背景技术
为了提高大功率舰用零件的寿命，需要对不锈钢基体的动力活塞类零件表面堆焊铝青铜等材料，以增加零件的耐磨性和耐腐蚀性。由于铝青铜堆焊焊接工艺性较差，精加工后，常常会出现层未熔合，气孔，夹渣以及“亮斑”等缺陷。需要进行补焊修复或车掉原铜层重新堆焊，这些问题使生产周期加长，成本上升，并严重影响产品的顺利交付。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种提高活塞类零件的堆焊质量，降低返修次数，提高零件一次交验合格率，降低生产成本的防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括以下步骤：
1)粗车活塞零件外形，得到呈圆柱形凸台结构的零件，沿周向在零件的大端圆柱面上开设环形凹槽，环形凹槽的截面呈倒等腰梯形；
2)在步骤1)零件的环形凹槽中堆焊镍基高温合金辅助层，采用交叉对称施焊，沿着环形凹槽的轴向横向焊接，按顺序依次直到将零件的整个环形凹槽焊完，焊道搭接重叠量为40％，堆焊辅助层完成后，对辅助层进行加工，得到堆焊有辅助层的零件；
3)在步骤2)的辅助层上堆焊铝青铜层，采用交叉对称施焊，沿着环形凹槽的轴向横向堆焊，按顺序依次直到将零件的整个环形凹槽焊完，焊道搭接重叠量为40％，堆焊铝青铜层完成后，对铝青铜层进行加工，得到堆焊完成的活塞零件；
4)对步骤3)得到的活塞零件依次进行去应力处理和精加工，即得到成品的活塞，完成防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法。
所述的步骤1)的零件的环形凹槽的底部倒角为133°～137°。
所述的步骤2)中镍基高温合金辅助层的材质为GH536。
所述的步骤2)中堆焊镍基高温合金辅助层采用直流氩弧焊，钨极直径为1.6mm，电流为90～110A，氩气流量为6～8L/min。
所述的步骤3)中铝青铜层的材质为HSCuAl。
所述的步骤3)中堆焊铝青铜层采用交流脉冲氩弧焊，钨极直径为2.5mm，电流为180～220A，脉冲频率为20～25hz，阴极雾化清理占空比设定为40％，氩气流量为10～12L/min。
所述的步骤2)和步骤3)中在焊时需要将零件加热至150～200℃。
所述的步骤2)和步骤3)中在焊前需要对零件进行清理，将待焊表面用蘸有丙酮的脱脂棉擦拭以去除油脂，并风干。
所述的步骤4)中的去应力处理为：将堆焊完成的活塞零件加热至520℃，保温4小时后空冷。
与现有技术相比，本发明将原来的表面直接堆焊改进为带延长段的环形凹槽结构，大大提高焊接的可达性和工艺性，将容易出现缺陷的起弧与收弧部位引出到动力活塞有效工作面以外，避免了焊接裂纹与亮斑缺陷，大大提高焊接质量，杜绝对缸体的擦伤。采用缓冲辅助层的工艺设计，堆焊一层与不锈钢和铝青铜互熔性良好的镍基高温合金过度缓冲辅助层材料，再堆焊铝青铜，保证了铝青铜耐磨层与基体的连接强度，同时避免了未熔合缺陷。本发明从动力活塞基体待焊部位的槽型设计，缓冲层的工艺设计，耐磨层的焊接工艺，焊后热处理，精加工等方面进行系统优化，解决了未熔合，气孔，夹渣以及亮斑等缺陷问题，提高了活塞的堆焊质量，降低返修次数，提高零件一次交验合格率，降低了生产成本的，保障了国防重点型号的研制急需。
进一步，环形凹槽的底部加工大倒角，目的是便于操作者手工堆焊，保证焊枪堆焊角度与零件端面很好的贴实；另外，这样能将堆焊缺陷有效的控制在零件凹槽端面，保证中间部位堆焊质量。
进一步，底层的辅助层材料为高温合金GH536，以提高铝青铜粘结力，保证了铝青铜耐磨层与基体的连接强度，同时避免了未熔合缺陷。
更进一步，采用直流氩弧焊堆焊镍基高温合金辅助层，采用交流脉冲氩弧焊堆焊铝青铜层，采用不同的堆焊方式堆焊不同的材料，提高了堆焊的质量，提高了零件的性能。
进一步，在焊时将零件加热到一定的温度，有利于提高堆焊质量，减少缺陷。
进一步，在堆焊前对零件进行清理，将待焊表面用蘸有丙酮的脱脂棉擦拭以去除油脂，并风干，防止杂质混入，避免了由于杂质引起的堆焊质量问题。
进一步，在堆焊完成后进行去应力处理，减少堆焊加工过程中的残余应力，能够提高零件的质量，增强使用寿命。
附图说明
图1为本发明粗车的活塞外形的示意图；
图2为本发明堆焊环形凹槽的示意图；
图3为本发明堆焊过程示意图；
图4为本发明的堆焊层示意图；
图5为本发明活塞成品示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明包括以下步骤：
1)参见图1，粗车活塞零件外形，得到呈圆柱形凸台结构的零件，参见图2，沿周向在零件的大端圆柱面上开设环形凹槽，环形凹槽的截面呈倒等腰梯形，环形凹槽的底部倒角为133°～137°；
2)在步骤1)零件的环形凹槽中堆焊镍基高温合金辅助层，镍基高温合金辅助层的材质为GH536，在焊前需要对零件进行清理，将待焊表面用蘸有丙酮的脱脂棉擦拭以去除油脂，并风干，焊时将零件加热至150～200℃，参见图3，采用交叉对称施焊，利用直流氩弧焊，沿着环形凹槽的轴向横向焊接，按顺序依次直到将零件的整个环形凹槽焊完，焊道搭接重叠量为40％，焊机的钨极直径为1.6mm，电流为90～110A，氩气流量为6～8L/min，堆焊辅助层完成后，对辅助层进行加工，得到堆焊有辅助层的零件；
3)在步骤2)的辅助层上堆焊铝青铜层，铝青铜层的材质为HSCuAl，在焊前需要对零件进行清理，将待焊表面用蘸有丙酮的脱脂棉擦拭以去除油脂，并风干，焊时将零件加热至150～200℃，参见图3，采用交叉对称施焊，利用交流脉冲氩弧焊，沿着环形凹槽的轴向横向堆焊，按顺序依次直到将零件的整个环形凹槽焊完，焊道搭接重叠量为40％，焊机的钨极直径为2.5mm，电流为180～220A，脉冲频率为20～25hz，阴极雾化清理占空比设定为40％，氩气流量为10～12L/min，堆焊铝青铜层完成后，对铝青铜层进行加工，得到堆焊完成的活塞零件，参见图4；
4)对步骤3)得到的活塞零件去应力处理为：将堆焊完成的活塞零件加热至520℃，保温4小时后空冷，经过精加工后得到成品的活塞，参见图5，即完成防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法。
参见图1，粗车活塞外形：在车床上，使用刀具材料为YG8的车刀，加工参数转速n＝120～200rpm，切削深度a＝0.5～3，进给量f＝0.3～0.8mm/r。
参见图2，车环形凹槽：在车床上，使用刀具材料为YG8的车刀，加工参数转速n＝240rpm，切削深度a＝0.2～0.5，进给量f＝0.2～0.4mm/r，使圆环形凹槽的深度为2.6～3mm。
参见图3，在凹槽堆焊耐磨层：
焊前清理：将待堆焊表面用蘸有丙酮的脱脂棉擦拭以去除油脂，并风干。
堆焊辅助层：焊前将零件加热至150～200℃，如图3左视图，起弧处为1，收弧处为2，焊接方向为沿着待焊零件的轴线完成纵焊道；如图3右视图，交叉对称施焊，即先横向堆焊一道焊道，在其沿轴向的对称位置的另一边环形凹槽内堆焊另一道焊道，然后转90°堆焊一道焊道，在其对称位置的另一边凹槽内堆焊另一道焊道，再次转90°堆焊一道焊道，在其对称位置的另一边凹槽内堆焊另一道焊道，按此顺序依次类推直到将零件一周焊完，焊道搭接重叠量40％，焊接方法采用直流氩弧焊，钨极直径1.6mm，电流90～110A，氩气流量6～8L/min。
参见图4，车加工辅助层：使辅助层的厚度为0.4～0.6mm。
参见图3，堆焊铝青铜：
焊接清理：将待焊表面用蘸有丙酮的脱脂棉擦拭以去除油脂，并风干。
堆焊铝青铜：焊前零件加热至150-200℃，如图3左视图，起弧处为1，收弧处为2，焊接方向为沿着待焊零件的轴线完成纵焊道；如图3右视图，交叉对称施焊，即先横向堆焊一道焊道，在其沿轴向的对称位置的另一边环形凹槽内堆焊另一道焊道，然后转90°堆焊一道焊道，在其对称位置的另一边凹槽内堆焊另一道焊道，再次转90°堆焊一道焊道，在其对称位置的另一边凹槽内堆焊另一道焊道，按此顺序依次类推直到将零件一周焊完，焊道搭接重叠量40％，焊接方法采用交流脉冲氩弧焊，钨极直径2.5mm，电流180-220A，脉冲频率20-25hz，阴极雾化清理占空比设定40％，氩气流量10～12L/min。
参见图4，车铝青铜层，使铝青铜层的厚度大于2.5mm，同时要保证足够的加工余量。
去应力处理：将堆焊完成的零件加热至520℃，保温4小时后，采用空冷冷却。
参见图5，精加工成品：在车床上，使用刀具材料为YG8的车刀，加工参数转速n＝200～400rpm，切削深度a＝0.1～0.3，进给量f＝0.1～0.3mm/r，将工件加工为所需的尺寸。
在外圆上堆焊铝青铜的面有多处凹槽，尺寸、技术条件均要求严格，外圆尺寸公差为0.035、外圆跳动为0.03，考虑到尺寸精度问题。在编制以下工艺流程：粗车零件外型－车堆焊部位外型－堆焊－去应力－车外圆及端面－精车外型及另一端面－精车外圆、端面及凹槽等工序。此工艺方案推广到其他活塞件号取得同样的效果。
随着机械加工行业的发展，对零件表面的耐磨性、抗腐蚀性要求越来越高，为降低生产加工成本，在一般材料零件上堆焊、镀和喷涂耐磨材料等会变的越来越普遍。上述发明可以应用到零件表面堆焊、镀和喷耐磨材料等工艺技术。

Claims (9)

1.一种防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)粗车活塞零件外形，得到呈圆柱形凸台结构的零件，沿周向在零件的大端圆柱面上开设环形凹槽，环形凹槽的截面呈倒等腰梯形；
2)在步骤1)零件的环形凹槽中堆焊镍基高温合金辅助层，采用交叉对称施焊，沿着环形凹槽的轴向横向焊接，按顺序依次直到将零件的整个环形凹槽焊完，焊道搭接重叠量为40％，堆焊辅助层完成后，对辅助层进行加工，得到堆焊有辅助层的零件；
3)在步骤2)的辅助层上堆焊铝青铜层，采用交叉对称施焊，沿着环形凹槽的轴向横向堆焊，按顺序依次直到将零件的整个环形凹槽焊完，焊道搭接重叠量为40％，堆焊铝青铜层完成后，对铝青铜层进行加工，得到堆焊完成的活塞零件；
4)对步骤3)得到的活塞零件依次进行去应力处理和精加工，即得到成品的活塞，完成防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法。
2.根据权利要求1所述的一种防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法，其特征在于：所述的步骤1)的零件的环形凹槽的底部倒角为133°～137°。
3.根据权利要求1所述的一种防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法，其特征在于：所述的步骤2)中镍基高温合金辅助层的材质为GH536。
4.根据权利要求3所述的一种防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法，其特征在于：所述的步骤2)中堆焊镍基高温合金辅助层采用直流氩弧焊，钨极直径为1.6mm，电流为90～110A，氩气流量为6～8L/min。
5.根据权利要求1所述的一种防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法，其特征在于：所述的步骤3)中铝青铜层的材质为HSCuAl。
6.根据权利要求5所述的一种防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法，其特征在于：所述的步骤3)中堆焊铝青铜层采用交流脉冲氩弧焊，钨极直径为2.5mm，电流为180～220A，脉冲频率为20～25hz，阴极雾化清理占空比设定为40％，氩气流量为10～12L/min。
7.根据权利要求1所述的一种防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法，其特征在于：所述的步骤2)和步骤3)中在焊时需要将零件加热至150-200℃。
8.根据权利要求1所述的一种防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法，其特征在于：所述的步骤2)和步骤3)中在焊前需要对零件进行清理，将待焊表面用蘸有丙酮的脱脂棉擦拭以去除油脂，并风干。
9.根据权利要求1所述的一种防止零件堆焊耐磨层缺陷的工艺方法，其特征在于：所述的步骤4)中的去应力处理为：将堆焊完成的活塞零件加热至520℃，保温4小时后空冷。
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