CN106808135A - 一种断裂高速钢焊接修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种断裂高速钢焊接修复方法，其包括如下步骤：焊接前接头的准备与清理，焊接接头组对，焊材选择，选定焊接工艺参数，具体焊接操作，焊后工件的修磨成形及缺陷焊点的补焊，本发明提出在锯条修复焊接中采用电弧加热集中且焊接热输入较少的熔化极气体电弧焊可有效解决现有焊接技术在高速钢焊接过程中因焊接热输入较大导致接头脆性区域大，且产生的残余应力和变形较大导致开裂问题。利用二氧化碳气体保护焊接的工艺方法，修复高速钢机用锯条具有工艺简单，修复成本低的特点。

Description

一种断裂高速钢焊接修复方法

技术领域

本发明属于合金工具钢修复制造，具体涉及一种实现高速钢工具材料的电弧焊接，利用该方法可以焊接弓锯条等3mm以下厚度的高速钢合金材料的工具。

背景技术

高速钢又称锋钢或白钢，高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等碳化物形成元素的复杂合金钢，合金总量达10～25％左右。常温下其硬度可达到HRC63～66,而在600℃高温下硬度仍然达到HRC48.5。完全能够满足在高速机械切削条件下(约500℃)对刀头硬度的要求，成为高速切削用钢。W18Cr4V是最典型的高速钢，由于高速钢的抗弯强度较低，一般只有2.94～3.33MPa，因此在切削过程中如果刀具横向受到作用力时很容易发生变形过量而断裂。如机械制造中弓锯床使用的机用高速钢锯条，其规格在(300～750)*(25～60)*(1.25～3)mm内。在锯切过程中经常会因为工件夹持固定不牢产生松动后导致产生弓锯条的断裂。

目前高速钢的焊接方法：

常用的高速钢工具用材质为Wl8Cr4V，从现有文献如ZL201210001363.8，ZL200410011028.1以及毛志雄，冯传祥等作者和北京邮电学院金工车间等单位在七十年代所著的文章看，高速钢常被用来作为切削刀具的刃部，而刀具的夹持部分则为中碳钢材料。因此，目前大部分文献为高速钢与碳钢之间的异种金属焊接技术，采用的焊接工艺方法主要有钎焊、摩擦焊、激光焊、电子束焊、闪光焊以及焊条电弧焊等。而对于以高速钢为整体材料制造的工具的断裂焊接修复，如机用弓锯锯条，由于高速钢具有含碳量高以及含有钨、铬、钼、钒等多种合金元素，焊后焊缝及热影响区极易淬火生成硬而脆的马氏体组织导致其焊接性很差。而关于这方面的技术文献，是非常少见的。本发明人曾在《电焊机》2005年第11其上刊文提出了采用钨极氩弧焊焊接高速钢锯条工艺，除此之外，1985年机械工业出版社出版由任大成编著的焊接修复120例也介绍了采用专用焊条的焊条电弧焊工艺，从该工艺技术看，程序相对复杂，效果并不十分理想。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种断裂高速钢焊接修复方法，解决了现有技术中以高速钢为整体材料制造的锯条在断裂焊接修复时焊接性能差的问题。

本发明的技术方案包括如下步骤：

步骤1.焊接前接头的准备与清理；

步骤2.焊接接头组对，将清理准备完毕的工件接头放置在平直铜板条上，并利用夹紧机构将工件、铜板条一并夹持到焊接工作台上，工件夹持时，保证锯条对口平整，不能出现错边；

步骤3.焊材选择，(1)选择强韧性较好的焊丝；(2)保护气体,选用纯度符合焊接生产中国家标准要求的二氧化碳气体，即其纯度要求≥99.5％，水蒸气和酒精含量不超过0.05％；

步骤4.选定焊接工艺参数；

步骤5.具体焊接操作过程：在准备工作就绪后开始引弧焊接，焊接引弧时从接头的中间部位开始，焊接时焊枪倾角控制在70～80°之间，采取左焊法进行施焊，焊接速度大约在180mm/min，焊接过程中保证电弧对准接口中心，确保工件焊缝两侧得到良好熔合且焊缝成形良好，焊缝余高控制在1～2mm以内，焊道中不能有明显缺陷；在正面焊接结束后，翻转工件观察背面是否完全熔透，如果出现对接间隙背面没有焊透的情况，则在工件完全冷却到室温并将正面多余焊缝金属打磨平整后再进行背面补焊；在焊接结束时，要确保弧坑饱满；

步骤6.焊后工件的修磨成形：

焊后工件的修磨包括两部分，工件焊缝中央和工件两边缘，工件焊缝中央部分采用台砂轮或角磨机将焊缝正反面余高部分打磨清理，确保焊缝部位与工件其他部位在外形和厚度上一致；对于工件边缘部分利用角砂轮打磨修理，保证过渡均匀无缺口；

步骤7.缺陷焊点的补焊:

如果在打磨修理的过程中，发现焊缝存在气孔或未熔合的焊接缺陷时，需要进行重新补焊，补焊工艺参数同前述一样，在焊接操作技术上需要采用点焊操作。

所述的步骤1-7中的工件为弓锯条。

所述的步骤1中，接头准备为：如果准备焊接修复的断口是规则的，将断口复合；如果断口是非规则的，利用砂轮切片机将不规则的两断口切直，对于断口处有断裂塑性变形的，则进行矫正。

所述的步骤1中，接头清理为：对接断口准备完毕后，将工件接缝正反面附近20～30mm范围内的氧化物、油污、熔渣及其它有害物质清理干净；清理时选用台砂轮或角磨机除锈轮将焊接区域清理使焊接区域露出金属光泽，然后采用脱脂棉蘸少量丙酮将焊接区擦拭干净，检查焊接接头处表面无其它裂纹、分层、夹杂缺陷。

所述的步骤2中，将清理准备完毕的接头放置在宽度较工件宽度小5mm，厚度为5mm，长度为300mm的平直铜板条上，工件夹持时，保证间隙小于0.5mm。

所述的步骤3中，焊丝选取ER50-6；保护气体为采用氩气含量为80％的Ar+二氧化碳混合气体。

所述的步骤5中，为确保工件边缘焊缝金属填充饱满，在工件边缘并靠一铜板条以加强熔池凝固速度防止熔池铁水外流。

本发明的优点效果如下：

提出在锯条修复焊接中采用电弧加热集中且焊接热输入较少的熔化极气体电弧焊可有效解决现有焊接技术在高速钢焊接过程中因焊接热输入较大导致接头脆性区域大，且产生的残余应力和变形较大导致开裂问题。因此，提出利用二氧化碳气体保护焊接的工艺方法。利用该工艺方法焊接修复高速钢机用锯条具有工艺简单，修复成本低的特点。

具体实施方式

实施例

本发明以弓锯条为例，具体描述其焊接修复方法如下：

1.焊接前接头的准备与清理

接头准备：如果准备焊接修复的断口是规则的，只需要将断口复合。如果，断口是非规则的，需要利用砂轮切片机将不规则的两断口切直，对于断口处有断裂变形的，则还需要进行矫正。

接头清理：对接断口准备完毕后，需要将锯条接缝正反面附近至少20mm范围内的氧化物、油污、熔渣及其它有害物质清理干净。清理时可以选用台砂轮或角磨机除锈轮将焊接区域清理使焊接区域露出金属光泽，然后采用脱脂棉蘸需少量丙酮将焊接区擦拭干净，检查焊接接头处表面无其它裂纹、分层、夹杂等缺陷。

2.焊接接头组对

将清理准备完毕的接头放置在宽度较锯条宽度小5mm，厚度为5mm，长度为300mm的平直铜板条上，并利用大力钳等夹紧机构将锯条、铜板条一并夹持到焊接工作台上。锯条夹持时，要注意组对间隙，保证间隙小于0.5mm，并且保证锯条对口平整，不能出现错边。

3.焊材选择

(1)焊丝在焊接过程中与母材共同形成焊缝，因此对焊接接头性能起决定作用。根据高速钢锯条的断裂修复要求性能，可选用强韧性较好的焊丝即可，综合考虑修复强度要求和修复成本，选取ER50-6。焊丝的化学成分和力学性能见表1和2.

(2)保护气体

保护气体的作用是对焊接区域的高温区域进行很好地保护，防止空气进入焊接区域，造成焊缝质量的下降。对于二氧化碳气体保护焊而言，可选用纯度符合焊接生产中国家标准要求的二氧化碳气体，即其纯度要求≥99.5％，水蒸气和酒精含量不超过0.05％。由于纯二氧化碳焊接时飞溅较高，为减少飞溅，也可以采用氩气含量为80％的Ar+二氧化碳混合气体。

4.焊接工艺参数的选定

从目前所应用的高速钢机用锯条的规格中知道，锯条的宽度即为焊接长度为25～60mm，厚度为1.25～3mm。因此，锯条的焊接修复工艺参数可选用表3。

5.具体焊接操作过程

在准备工作就绪后开始引弧焊接，焊接引弧时可从接头的中间部位开始，焊接时焊枪倾角控制在70～80°之间，采取左焊法进行施焊，焊接速度大约在180mm/min，焊接过程中要保证电弧对准接口中心，确保锯条焊缝两侧得到良好熔合且焊缝成形良好，焊缝余高控制在1～2mm以内，焊道中不能有明显缺陷。在正面焊接结束后，翻转锯条观察背面是否完全熔透，如果锯条背面没有焊透，则需要在锯条完全冷却到室温并将正面多余焊缝金属打磨平整后再进行背面补焊。在焊接结束时，要确保弧坑饱满。为确保锯条边缘焊缝金属填充饱满，可在锯条边缘并靠一较厚铜板条以加强熔池凝固速度防止熔池铁水外流。

6.焊后锯条的修磨成形

焊后锯条的修磨包括两部分，锯条焊缝中央和锯条边缘及锯齿。锯条焊缝中央部分可采用台砂轮或角磨机将焊缝正反面余高部分打磨清理，确保焊缝部位与锯条其他部位在外形和厚度上一致。对于锯条边缘和锯齿部分可利用角砂轮打磨修理，保证过渡均匀无缺口。对于锯齿，由于焊接过程可能损坏或改变锯齿成分，需要精心修磨锯齿形状，可采用锯齿修磨机。

7.缺陷焊点的补焊

如果在打磨修理的过程中，发现焊缝存在气孔或未熔合等焊接缺陷时，需要进行重新补焊，补焊工艺参数同前面一样，不过在焊接操作技术上需要采用点焊操作。

焊接实例：

采用NBC-350二氧化碳气体保护焊机修补焊接450×35×1.8×4断裂锯条，焊接电流120A，电压19V，焊丝直径1.0mm焊丝为ER50-6,保护气体为纯二氧化碳，流量为10L/min。焊接修复后的锯条完全可以满足在弓锯床对碳钢材料进行锯切。

本发明的方法亦适用于其它以高速钢为整体材料制造的工具。

表1焊丝ER50-6化学成分

表2ER50-6焊丝的熔敷金属机械性能

性能			延伸率/δ5，(％)
					≥500MPa	≥420MPa	≥22

表3焊接工艺参数

CO2气体流量

焊接电流

电弧电压

电源极性

焊丝直接

喷嘴到工间距离

焊接速度

15L/min

100～120A

19～21V

直流反接

1.0～1.2mm

10～15mm

80mm/min

Claims (7)

1.一种断裂高速钢焊接修复方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1.焊接前接头的准备与清理；

步骤2.焊接接头组对，将清理准备完毕的工件接头放置在平直铜板条上，并利用夹紧机构将工件、铜板条一并夹持到焊接工作台上，工件夹持时，保证锯条对口平整，不能出现错边；

步骤3.焊材选择，（1）选择强韧性较好的焊丝；（2）保护气体,选用纯度符合焊接生产中国家标准要求的二氧化碳气体，即其纯度要求≥99.5%，水蒸气和酒精含量不超过0.05%；

步骤4. 选定焊接工艺参数；

步骤5. 具体焊接操作过程：在准备工作就绪后开始引弧焊接，焊接引弧时从接头的中间部位开始，焊接时焊枪倾角控制在70～80°之间，采取左焊法进行施焊，焊接速度大约在180mm/min，焊接过程中保证电弧对准接口中心，确保工件焊缝两侧得到良好熔合且焊缝成形良好，焊缝余高控制在1～2mm以内，焊道中不能有明显缺陷；在正面焊接结束后，翻转工件观察背面是否完全熔透，如果出现对接间隙背面没有焊透的情况，则在工件完全冷却到室温并将正面多余焊缝金属打磨平整后再进行背面补焊；在焊接结束时，要确保弧坑饱满；

步骤6.焊后工件的修磨成形：

焊后工件的修磨包括两部分，工件焊缝中央和工件两边缘，工件焊缝中央部分采用台砂轮或角磨机将焊缝正反面余高部分打磨清理，确保焊缝部位与工件其他部位在外形和厚度上一致；对于工件边缘部分利用角砂轮打磨修理，保证过渡均匀无缺口；

步骤7.缺陷焊点的补焊：如果在打磨修理的过程中，发现焊缝存在气孔或未熔合的焊接缺陷时，需要进行重新补焊，补焊工艺参数同前述一样，在焊接操作技术上需要采用点焊操作。

2.根据权利要求1所述的一种断裂高速钢焊接修复方法，其特征在于所述的步骤1-7中的工件为弓锯条。

3.根据权利要求1所述的一种断裂高速钢焊接修复方法，其特征在于所述的步骤1中，接头准备为：如果准备焊接修复的断口是规则的，将断口复合；如果断口是非规则的，利用砂轮切片机将不规则的两断口切直，对于断口处有断裂塑性变形的，则进行矫正。

4.根据权利要求1所述的一种断裂高速钢焊接修复方法，其特征在于所述的步骤1中，接头清理为：对接断口准备完毕后，将工件接缝正反面附近20～30mm范围内的氧化物、油污、熔渣及其它有害物质清理干净；清理时选用台砂轮或角磨机除锈轮将焊接区域清理使焊接区域露出金属光泽，然后采用脱脂棉蘸少量丙酮将焊接区擦拭干净，检查焊接接头处表面无其它裂纹、分层、夹杂缺陷。

5.根据权利要求1所述的一种断裂高速钢焊接修复方法，其特征在于所述的步骤2中，将清理准备完毕的接头放置在宽度较工件宽度小5mm，厚度为5mm，长度为300mm的平直铜板条上，工件夹持时，保证间隙小于0.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种断裂高速钢焊接修复方法，其特征在于所述的步骤3中，焊丝选取ER50-6；保护气体为采用氩气含量为80%的Ar+二氧化碳混合气体。

7.根据权利要求1所述的一种断裂高速钢焊接修复方法，其特征在于所述的步骤5中，为确保工件边缘焊缝金属填充饱满，在工件边缘并靠一铜板条以加强熔池凝固速度防止熔池铁水外流。