CN104690396A

CN104690396A - 高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺

Info

Publication number: CN104690396A
Application number: CN201510027763.XA
Authority: CN
Inventors: 魏绍生
Original assignee: Nanjing Institute of Mechatronic Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Mechatronic Technology
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2015-06-10

Abstract

本发明提供一种高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺，包括以下步骤：1)、堆焊前焊材须经200℃烘焙1h，采用碳素钢作为母材将其预热至400-500℃；2)、采用4层多道焊法，连弧直线短弧堆焊，可做微小横向摆动；其中，第一层是在所述母材上采用低氢钠型焊条进行均匀打底堆焊，第二、三、四层采用石墨型药皮高铬铸铁焊条堆焊，具体焊接操作：连弧直线短弧堆焊，可做微小横向摆动；每层堆焊完以后以每小时2-4℃降温速度缓冷至室温，降温到150℃以下；3)、焊完每道后用锤锤敲击堆焊的焊缝来释放应力。本发明可使磨辊和衬板具备可重复多次堆焊修复的特点，从而减少设备备件的更新，为企业节约大量资金。

Description

高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺

技术领域

本发明涉及堆焊工艺技术领域，尤其涉及一种高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺。

背景技术

立磨是现代水泥、电力、煤炭、化工等行业广泛应用的一种研磨设备。立磨的主要研磨部件为磨辊和衬板，目前部分的磨辊和衬板为铸造件，而铸造磨辊和衬板不易于焊接修复。为解决磨损问题，提高设备运转率，通过焊接修复来提高工件的耐磨性能是目前国内外研究的重点。国外发达国家在20世纪90年代中后推广了硬面堆焊修复技术，近年来主要采用的堆焊修复方法有两种：一是使用直径3.2-5mm的药芯焊丝在焊剂层下进行自动埋弧堆焊；二是使用1.2-3.2mm自保药芯焊丝进行明弧堆焊，由于明弧堆焊性能可靠、不易引起母材开裂变形，所以得到了广泛应用。硬面堆焊技术得到了长足的发展，成为对金属材料进行表面硬化的最为可行和经济的方法之一。

复合耐磨材料的堆焊是在“硬面堆焊修复技术”的启发下提出的一种更好地解决“高铬铸铁铸造磨辊断裂”的堆焊工艺，然后，该堆焊工艺目前存在以下技术缺陷：

1、剥落问题，基体与堆焊材料在熔覆过程中会出现不相熔，由于这种原因造成堆焊复合制造耐磨件的方法存在风险，就是耐磨层的剥落；

2、基体、过渡层和耐磨层的材料的选择难，由于复合堆焊耐磨材料的为了使基体和耐磨层很好的融合，在融合部分达到金属键结合使其具备一定的强度和塑性，基体、过渡层和耐磨层材料的合理选择与搭配问题很难突破。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在碳钢或者低合金钢基体上采用耐磨堆焊材料堆焊耐磨层的复合磨辊工艺。

一种高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺，包括以下步骤：

1)、堆焊前焊材须经200℃烘焙1h，采用碳素钢作为母材将其预热至400-500℃；

2)、采用4层多道焊法，连弧直线短弧堆焊，可做微小横向摆动；其中，第一层是在所述母材上采用低氢钠型焊条进行均匀打底堆焊，第二、三、四层采用石墨型药皮高铬铸铁焊条堆焊，具体焊接操作：连弧直线短弧堆焊，可做微小横向摆动；每层堆焊完以后以每小时2-4℃降温速度缓冷至室温，降温到150℃以下；

3)、焊完每道后用锤锤敲击堆焊的焊缝来释放应力。

进一步地，如上所述的高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺，步骤2中，后道焊缝须覆盖熔化前道焊缝熔宽的1/4-2/3。

进一步地，如上所述的高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺，步骤2中，上层的施焊方向垂直于下层的施焊方向。

进一步地，如上所述的高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺，所述低氢钠型焊条直径为3.2mm，石墨型药皮高铬铸铁焊条直径为4.0mm。

进一步地，如上所述的高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺，步骤2中，第一层所有焊道的焊接电流控制在100-130A,电弧电压控制在20-25V；第二层至第四层所有焊道电流控制在120-150A,电弧电压控制在22-27V。

本发明可使磨辊和衬板具备可重复多次堆焊修复的特点，从而减少设备备件的更新，为企业节约大量资金；另外，本发明通过对复合耐磨材料的堆焊研究，选择了恰当的基体、过渡层和耐磨层材料来使金属键结合具备一定的强度和塑性，同时选择了合理的堆焊层厚度设计、焊丝的选择、施工工艺，使得基体与堆焊材料之间不容易出现剥落问题。

附图说明

图1A为本发明堆焊实物立体图；

图1B为本发明堆焊实物俯视图；

图1C为本发明堆焊实物侧视图；

图2为本发明堆焊时焊道结构示意图；

图3表示光学显微镜低倍下低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层整体金相组织图；

图4a为低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层中1区高倍金相组织图；

图4b为低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层中2区高倍金相组织图；

图4c为低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层中3区高倍金相组织图；

图4d为低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层中4区高倍金相组织图；

图5a为低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层界面附近基底组织1电镜图；

图5b为低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层界面附近基底组织2电镜图；

图6a为低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层界面附近2区组织电镜图；

图6b为低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层界面附近2区组织能谱图；

图7a为低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层界面附近3区组织电镜图；

图7b为低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层界面附近3区组织能谱图；

图8a为低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层界面附近4区组织电镜图；

图8b为低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层界面附近4区组织能谱图；

图8c为基体组织图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

试验材料及设备

选择普通碳素钢Q235作为堆焊母材；堆焊采用的是焊条，牌号为低氢钠型焊条J507、石墨型药皮高铬铸铁焊条D658；YC-400TX3型号的弧焊逆变器电焊机。

试验方案

采用J507焊条进行打底过渡层的堆焊，然后再采用D658焊条对打底过渡层的试板进行耐磨硬面层堆焊，堆焊示意图如图1A-1C所示,其中，1为基体，2为堆焊层。

焊接工艺

见表1

表1 焊接工艺卡

技术要求：

1.堆焊前焊材须经200℃烘焙1h，母材预热400-500℃。

2.堆焊前用电动砂轮机将试板堆焊面打磨出金属光泽并去除油污、水分。

3.采用4层多道焊法，连弧直线短弧堆焊，可做微小横向摆动。(第一层是用J507焊条打底堆焊，第二、三、四层用D658堆焊，具体焊接操作：连弧直线短弧堆焊，可做微小横向摆动)(第一层指在母材上均匀堆焊J507焊条材料，第二层是指在第一层基础上堆焊，同理第三层在第二层基础上堆焊。)

4.后道焊缝3必须覆盖熔化前道焊缝4熔宽的1/4-2/3，优选为1/3。(见图2)

5.后一焊道的堆焊必须建立在前一焊道已清渣干净的基础上。

6.上层的施焊方向垂直于下层的施焊方向。(即：第二层堆焊焊道方向垂直第一层焊道方向。)

7.堆焊完第1层后对焊缝外观进行检验，确保无气孔、夹渣、裂纹等缺陷。

8.堆焊层第2-4层表面允许存在呈细密网状分布的非穿透性裂纹。

9.焊后以每小时2～4℃降温速度缓冷至室温。(每层堆焊完以后都需要按这个降温，然后降温到150℃以下)(用红外线测温仪监控温度)

10.锤击法释放应力。(焊完每道后用锤击；锤击指用锤敲击堆焊的焊缝)光学显微镜分析

图3表示光学显微镜低倍下低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层整体金相组织图，由图3可见，从基底到堆焊层，材料组织基本由四个区域构成。1区为基底材料。2区为亚共晶白口铸铁组织。3区和4区从低倍上不易分别是否过共晶白口铸铁组织。其中，1区和2区之间，还是有呈黑色的带状组织，需要在SEM中观察才能确定其组织。从1区到2区，组织的逐渐过渡较为明显，表明堆焊层和基底之间是逐渐过渡的。在整个堆焊层中，白口铸铁组织的走向都具有垂直于堆焊表面的取向趋势。图4a-4d表示了低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层的分区域高倍金相组织图，从图4a看出，界面附近基底还是白色的铁素体和黑色的珠光体共同构成的，越接近堆焊层，基底中珠光体含量越多。从图4b看出，界面附近堆焊层2区的组织是典型的亚共晶白口铸铁组织。奥氏体转变组织呈现球状。从图4c看出，3区组织是亚共晶白口铸铁组织。相比2区，3区中初生奥氏体的量减少了，其晶粒发生细化，同时共晶莱氏体增多了。从图4d看出，堆焊层4区组织仍然是亚共晶白口铸铁组织，只不过相比2区和3区，初生奥氏体继续减少，共晶莱氏体的量占据绝大多数。

扫描电镜分析

图5a-5b表示了SEM拍摄的低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层界面附近基底组织。从图5a和图5b明显看出，界面附近基底材料中铁素体含量铸件减少，珠光体含量铸件增多，最后完全演变成珠光体组织的过程。所以，在图3中见到的，位于基底和堆焊层之间的黑色带状组织就是全珠光体组织。

图6a-6b为低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层界面附近2区组织SEM和能谱图。可见，2区为低铬亚共晶白口铸铁。其中，Cr含量在3.78％。其中，碳化物分布在断网状的共晶莱氏体中。

图7a-7b为低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层界面附近3区组织SEM和能谱图。可见，3区为中铬亚共晶白口铸铁。其中，Cr含量在6.62％。碳化物为网状或断网状，基体中可见很多细小颗粒，可能是粒状珠光体组织。

图8a-8c表示低氢钠型药皮高铬铸铁焊条堆焊层界面附近4区组织SEM和能谱图、以及基体组织图，可见，4区也为中铬亚共晶白口铸铁范围。其中，Cr含量在7.71％。从图8a看出，其中碳化物为网状。从图8c看出，其基体为细片状珠光体(索氏体或屈氏体)。

综上所述，D667堆焊层的组织从基底到堆焊层表面依次为：铁素体加珠光体组织、珠光体组织、亚共晶白口铸铁组织。其中，亚共晶白口铸铁组织又分为三层，奥从里到外，共晶碳化物数量逐步升高，Cr含量始终是中铬范围；各层组织间化学成分和相逐渐过渡；珠光体组织与亚共晶白口铸铁组织构成界面区,证明低氢钠型药皮高铬铸铁焊条融合好，未出现剥落。

上述堆焊层中成分、组织和相的逐渐变化的原因是由于堆焊时的分层施工，焊条材料被稀释造成的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)、堆焊前焊材经200℃烘焙1h，采用碳素钢作为母材将其预热至400-500℃；

3)、焊完每道后用锤锤敲击堆焊的焊缝来释放应力。

2.根据权利要求1所述的高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺，其特征在于，步骤2中，后道焊缝须覆盖熔化前道焊缝熔宽的1/4-2/3。

3.根据权利要求1所述的高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺，其特征在于，步骤2中，上层的施焊方向垂直于下层的施焊方向。

4.根据权利要求1所述的高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺，其特征在于，所述低氢钠型焊条直径为3.2mm，石墨型药皮高铬铸铁焊条直径为4.0mm。

5.根据权利要求1所述的高铬耐磨材料的堆焊磨辊工艺，其特征在于，步骤2中，第一层所有焊道的焊接电流控制在100-130A,电弧电压控制在20-25V；第二层至第四层所有焊道电流控制在120-150A,电弧电压控制在22-27V。