CN107350596B - 用于钩爪、连杆小孔的钴基合金堆焊的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于钩爪、连杆小孔的钴基合金堆焊的工艺，特别是一种涉及小孔金属焊接领域的用于钩爪、连杆小孔的钴基合金堆焊的工艺。本发明用于钩爪、连杆小孔的钴基合金堆焊的工艺，在待焊接坯料是上加工小孔，所述小孔包括一个双面直孔和一个双面锥形孔，在焊接前对需要焊接的工件进行清洗并预热，然后用氧乙炔火焰进行堆焊。本发明堆焊毛坯结构设计成双面直孔和双面锥度孔，既能能有效的改善堆焊空间狭小不利于实施堆焊的困难又能有效减少或避免堆焊过程中零件材料的内部组织晶粒粗大及整体过烧现象，从而大大提高产品堆焊的成功率。

Description

用于钩爪、连杆小孔的钴基合金堆焊的工艺
技术领域
本发明涉及一种用于钩爪、连杆小孔的钴基合金堆焊的工艺，特别是一种涉及小孔金属焊接领域的用于钩爪、连杆小孔的钴基合金堆焊的工艺。
背景技术
核电控制棒驱动机构用钩爪、连杆，因其工作环境要求能在高温下耐磨，现有技术中核电站钩爪和连杆是整体采用钴基合金材料制成，而整体采用钴基合金材料制成不仅成本高而且抗冲击性能降低，如果采用不同材料制成零件的各个部分，再将各个部分连接在一起，可以充分利用不同材料的性能特点，显著降低材料成本。但是如何将不同材料的部分连接在一起，是前述方案需要解决的问题。对于常规结构可以采用焊接的方法解决前述问题，但是由于钩爪、连杆的体积小，而且所要求堆焊的小孔空间狭小，现有技术的焊接方式和焊接参数，操作困难，且容易出现硬度不均匀，容易产生气孔、裂纹等焊接缺陷，造成产品报废。因此本领域技术人员认为在现有技术条件下，采用焊接技术来制造核电控制棒驱动机构用钩爪、连杆无法保证焊接后产品的质量，因此摒弃了在奥氏体不锈钢上堆焊钴基合金耐磨材料的方案，而采用整体钴基合金材料制造核电控制棒驱动机构用钩爪、连杆的方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以降低材料成本，提高产品抗冲击性能的用于钩爪、连杆小孔的钴基合金堆焊的工艺。
为解决上述问题，本发明采用的用于钩爪、连杆小孔的钴基合金堆焊的工艺，在待焊接坯料上加工小孔，所述小孔包括一个双面直孔和一个双面锥形孔，在焊接前对需要焊接的工件进行清洗并预热，然后用氧乙炔火焰进行堆焊。
进一步的是，采用四层堆焊的方法，依次进行第一层堆焊，第二层堆焊，第三层堆焊，第四层堆焊，其中第一层堆焊位于小孔中部，第二层堆和第三层堆焊位于第一层堆焊的两侧，并且第二层堆焊位于小孔内部，第三层堆焊的以部分露出小孔外，第四层堆焊紧挨第二层堆焊，并且第四层堆焊的一部分露出小孔外。
进一步的是，所述四层堆焊均采用FQ焊接法，填充材料选择Stellite-6，材料直径为Φ2.7，氧气压力为0.61Mpa，乙炔气体压力为0.06Mpa，焊炬型号为H01-6，火焰性质为碳化焰，第一层堆焊的乙炔气体流量为0.12L/min～0.2L/min，第二层堆焊的乙炔气体流量为0.12L/min～0.2L/min，第三层堆焊的乙炔气体流量为0.10L/min～0.2L/min，第四层堆焊的乙炔气体流量为0.10L/min～0.2L/min。
进一步的是，在堆焊过程中将氧气与乙炔的体积比控制在1至1.1之间。
进一步的是，在堆焊过程中将火焰比例控制在1：1.5至1:2的范围内，将火焰温度控制3050℃至3100℃。
进一步的是，焊前预热温度控制在350±15℃的范围内。
进一步的是，在堆焊过程中使用控温系统专用焊接工装，该工装包括手轮、转动轴、轴承座、轴承、旋转架，所述手轮安装在转动轴上，所述轴承安装在轴承座上，所述转动轴与轴承内圈过盈配合，所述旋转架的一端与转动轴同步转动连接，另一端设置有安装支架，所述安装架上设置有一对顶紧装置，所述该对顶紧装置顶锥的移动轴线平行。
进一步的是，堆焊完成后，将整个焊接试件保持在350±15℃的温度范围内15分钟以上，然后随炉冷却。
本发明的有益效果是：本发明堆焊毛坯结构设计成双面直孔和双面锥度孔，既能能有效的改善堆焊空间狭小不利于实施堆焊的困难又能有效减少或避免堆焊过程中零件材料的内部组织晶粒粗大及整体过烧现象，从而大大提高产品堆焊的成功率。本申请在堆焊过程中将氧气与乙炔的体积比控制在1至1.1之间。通过控制氧乙炔比例在1-1.1之间，从而实现氧乙炔完全燃烧，解决由于乙炔过剩燃烧不尽造成火焰中的定量增碳现象。在堆焊过程中将火焰比例控制在1：1.5至1:2的范围内，将火焰温度控制3050℃至3100℃。通过火焰比例来控制焰型，通过控制火焰温度来控制母材基体温度，焊接过程中应始终使母材基体的加热颜色控制在桔黄色与桔红色状态，使堆焊层硬度均匀，且提高产品堆焊的合格率。
附图说明
图1本申请小孔的结构示意图。
图2为本申请双面直孔的剖视图。
图3为本申请双面锥形孔的剖视图。
图4为本申请控温系统专用焊接工装的结构示意图。
图中零部件、部位及编号：手轮1、转动轴2、轴承座3、轴承4、旋转架5、安装支架6、顶紧装置7、双面直孔8、双面锥形孔9、工件10。
具体实施方式
本申请用于钩爪、连杆小孔的钴基合金堆焊的工艺，在待焊接坯料是上加工小孔，如图1，图2和图3所示，所述小孔包括一个双面直孔8和一个双面锥形孔9。其中双面直孔8是指在待焊接工件10的两个平行面上均开孔，且两个开孔均为直孔；双面锥形孔9是指在待焊接工件10两个平行面上均开孔，且两个孔均为锥形孔。在焊接前对需要焊接的工件10进行清洗并预热，然后用氧乙炔火焰进行堆焊。堆焊毛坯结构设计成双面直孔8和双面锥度孔，相比较一般直孔直接堆焊，其一，能有效的改善堆焊空间狭小不利于实施堆焊的困难；其二，能有效减少或避免堆焊过程中零件材料的内部组织晶粒粗大及整体过烧现象，从而大大提高产品堆焊的成功率。
如图2所示，采用四层堆焊的方法，依次进行第一层堆焊，第二层堆焊，第三层堆焊，第四层堆焊，其中第一层堆焊位于小孔中部，第二层堆和第三层堆焊位于第一层堆焊的两侧，并且第二层堆焊位于小孔内部，第三层堆焊的以部分露出小孔外，第四层堆焊紧挨第二层层堆焊，并且第四层堆焊的一部分露出小孔外。本申请采用前述四层堆焊的技术方案，先在小孔中部焊接第一层，然后两侧交替焊接，可以显著提高焊接后整体结构的强度。
所述四层堆焊均采用FQ焊接法，填充材料选择Stellite-6，材料直径为Φ2.7，氧气压力为0.61Mpa，乙炔气体压力为0.06Mpa，焊炬型号为H01-6，火焰性质为碳化焰，第一层堆焊的乙炔气体流量为0.12L/min～0.2L/min，第二层堆焊的乙炔气体流量为0.12L/min～0.2L/min，第三层堆焊的乙炔气体流量为0.10L/min～0.2L/min，第四层堆焊的乙炔气体流量为0.10L/min～0.2L/min。本申请对气体压力、流量，焊接方法，填充材料，火焰性质等参数综合优化选择，采用前述的焊接参数可以大大提高焊接质量和产品合格率。
在堆焊过程中将氧气与乙炔的体积比控制在1至1.1之间。通过控制氧乙炔比例在1-1.1之间，从而实现氧乙炔完全燃烧，解决由于乙炔过剩燃烧不尽造成火焰中的定量增碳现象。
在堆焊过程中将火焰比例控制在1：1.5至1:2的范围内，将火焰温度控制3050℃至3100℃。通过火焰比例来控制焰型，通过控制火焰温度来控制母材基体温度，焊接过程中应始终使母材基体的加热颜色控制在桔黄色与桔红色状态，使堆焊层硬度均匀，且提高产品堆焊的合格率。
焊前预热温度控制在350±15℃的范围内。本申请可使用控温系统专用焊接工装将工件10的焊接前预热温度控制在350±15℃范围内，为后续焊接做准备，以保证后续堆焊的顺利进行。
在堆焊过程中使用控温系统专用焊接工装，如图4所示该工装包括手轮1、转动轴2、轴承座3、轴承4、旋转架5，所述手轮1安装在转动轴2上，所述轴承4安装在轴承座3上，所述转动轴2与轴承4内圈过盈配合，所述旋转架5的一端与转动轴2同步转动连接，另一端设置有安装支架6，所述安装架上设置有一对顶紧装置7，所述该对顶紧装置7顶锥的移动轴线平行。利用本申请的工作，转动手轮1，使工装带动零件旋转，实现焊接位置的空间转换，即第一道堆焊正面，第二道堆焊翻面，第三道堆焊正面，第四道堆焊翻面，为堆焊创造良好的焊接工况和焊接质量。具体实施是可采用锁紧螺母将手轮1固定在转动轴2上，转动轴2与旋转架5之间通过了联轴器实现同步转动。
堆焊完成后，将整个焊接试件保持在350±15℃的温度范围内15分钟以上，然后随炉冷却。焊接完成后对其进行热处理，可以有效消除焊接应力，提高焊接工件10整体的强度。

Claims (2)

1.用于钩爪、连杆小孔的钴基合金堆焊的工艺，其特征在于：在需要焊接的工件(10)上加工小孔，所述小孔包括一个双面直孔(8)和一个双面锥形孔(9)，在焊接前对需要焊接的工件(10)进行清洗并预热，然后用氧乙炔火焰进行堆焊；在堆焊过程中将氧气与乙炔的体积比控制在1至1.1之间，火焰比例控制在1：1.5至1:2的范围内，将火焰温度控制3050℃至3100℃；焊前预热温度控制在350±15℃的范围内；堆焊完成后得到焊接试件，将整个焊接试件保持在350±15℃的温度范围内15分钟以上，然后随炉冷却。
2.根据权利要求1所述的用于钩爪、连杆小孔的钴基合金堆焊的工艺，其特征在于：在堆焊过程中使用控温系统专用焊接工装，该工装包括手轮(1)、转动轴(2)、轴承座(3)、轴承(4)、旋转架(5)，所述手轮(1)安装在转动轴(2)上，所述轴承(4)安装在轴承座(3)上，所述转动轴(2)与轴承(4)内圈过盈配合，所述旋转架(5)的一端与转动轴(2)同步转动连接，另一端设置有安装支架(6)，所述安装架上设置有一对顶紧装置(7)，所述该对顶紧装置(7)顶锥的移动轴线平行。
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